Student World

Jak se ukázalo po přečtení většiny nukleotidových sekvencí, pouze relativně malá část lidského genomu je tvořena geny v pravém slova smyslu. Co zbytek? Některé části mají samozřejmě regulační význam, ovšem 45 % lidské DNA můžeme označit za regulérní parazity – transpozóny.

Následující text vychází z přednášky Adama Pavlíčka (Ústav molekulární genetiky Akademie věd ČR), která byla pronesena v rámci cyklu "Biologické čtvrtky ve Viničné". Ne všechny informace byly možná zachyceny přesně, proto budu čtenářům velmi vděčný za jakékoliv upřesňující informace a vlastní názory na dané téma.
Zajímavý na koncepci přednášejícího byl především "globální" či "ekologický" pohled na svět lidské DNA, kterou je možné přirovnat k ekosystému typu rybník. Jednu genovou niku obsazuje jeden element DNA, na kterém může dlouhodobě parazitovat pouze jediný parazit. O komplexnosti systému svědčí i to, že zde můžeme najít cosi na způsob kódu, který parazituje na parazitech, tedy skutečně komplikované vztahy typu kaskád. Jednotlivé úseky kódu mají své vlastní evoluční strategie, uplatňují horizontální i vertikální transfer. Některé tak mohou přecházet do stavu virů, dočasně se z genomu vyštípnout a zahájit samostatnou existenci.
Transpozóny obecně v genomu různě přeskakují. Jednak se tímto způsobem chtějí replikovat, jednak se takto brání proti enzymům, které se je z genomu naopak snaží vystřihnout. Transpozóny mohou takto přeskakovat i přímo doprostřed genových částí, tedy do intronů i exonů (pouze podle sekvence exonů se pak vytváří vlastní řetězec aminokyselin, introny jsou v průběhu replikačního procesu vystřiženy).
Protože při přeskoku do exonu dojde pravděpodobně k mutaci, která bezprostředně naruší tvorbu proteinu, je takový přeskok mnohdy pro hostitelskou buňku/organismus zhoubný. V důsledku toho ovšem existuje proti transpozónům, které se takto chovají, poměrně silná selekce (třebaže na druhé straně jsou takové změny v exonech zdrojem obrovské genetické variability)). Při přeskoku do intronu probíhá negativní selekce v menší míře – a to zejména tehdy, pokud v sobě transpozón obsahuje terminační sekvenci. Nicméně – někdy příslušné enzymy dokáží i takový konec čtení jaksi "prorazit" a kód stejně přečíst.
Jednu z obran, které lidská buňka proti přeskakování transpozónů používá, představuje methylace bází. Transpozóny jsou proto většinu doby života buňky více či méně znehybněné. Ty, které nedokáží přecházet do samostatné existence v podobě virů, jsou navíc evolučně tlačeny k tomu, aby své přeskoky omezovaly, eventuálně minimalizovaly jejich škodlivost pro hostitelův genom (tj. by např. měly umět odlišit introny a exony).
Transpozóny v lidském genomu rozdělujeme na DNA transpozóny, které jsou již dnes vesměs neaktivní, a retrotranspozóny, které replikaci potřebují RNA (respektive reverzní transkriptázu). Transpozóny obvykle kódují enzymy, které jsou nezbytné pro jejich vlastní replikaci. Parazity parazitů jsou pak tzv. neuatonomní elementy, které nekódují vůbec nic. Z nich je nejčastější tzv. sekvence Alu, která tvoří asi 10 % celého lidského genomu (tj. v genomu máme cca milion elementů Alu, které vesměs obsahují okolo 400 nukleotidových bází). Zajímavá neautonomní sekvence je tzv. LINE3, která je evolučně velmi stará – máme ji společnou nejen se zbytkem savců, ale dokonce i s ptáky a plazy.
Na přednášce byly stručně zmíněny i další "negenetické" součásti genomu, např. duplikace, mini a mikrosatelity.
A k čemu nám jsou transpozóny dobré? Jedná se pouze o důsledky chybných mutací či o smetí, které do genomu vnesly retroviry? Ano, nicméně příslušné úseky mohou následkem mutací či přeskoků přesunout např. do regulačních sekvencí genomu. Ty sice rovněž nekódují proteiny potřebné pro organismus, ale ovlivňují genovou expresi (tj. kdy se jaký gen bude číst). U mnohobuněčných organismů jsou buňky různých tkání geneticky stejné, nicméně jejich chování musí být zásadně odlišné. Právě zde je hlavní úloha regulačních sekvencí a transpozóny mohou obohatit jejich variabilitu – a v minulosti to jistě již nejednou udělaly.
Na závěr několik střípků týkajících se počítačového vybavení používaného k výzkumu genomu. Příslušná databáze sekvencí se označuje jako Repbase, program hledající opakování určitých sekvencí se nazývá Repeat Master. Na Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR používají server od SGI a linuxový cluster intelovských počítačů. Většina bioinformatických programů dnes běží na operačních systémech unixového typu.
Odkazy na další relevantní stránky věnující se genetickým výzkumům najdete např. na adrese http://bio.img.cas.cz/links/, kterou připravují právě zaměstnanci Ústavu molekulární genetiky AV ČR.

autor Pavel Houser