Český genetik podnikl "cestu do pravěku"

24. září 2010

Petr Tvrdík, působící v laboratoři věhlasného amerického genetika Maria Capecchiho, rekonstruoval pravěkou verzi genu pro vývoj mozku. Vrátil tak evoluci tohoto genu zpět o 500 milionů roků. Výsledky jeho výzkumu otevírají nové možnosti pro léčbu některých dědičných chorob. S Petrem Tvrdíkem jsme natočili i rozhovor, poslechněte si ho.

Tak trochu jako ve filmu režiséra Karla Zemana Cesta do pravěku se mohl cítit genetik Petr Tvrdík. V laboratoři věhlasného amerického badatele Maria Capecchiho na University of Utah nahlédl rodák z Ledče nad Sázavou do historie pozemského života vzdálené 500 milionů let. Metodami genového inženýrství tam přivedl na svět myš s genem upraveným do podoby, v jaké měly tuto část DNA ryby prohánějící se vodami pravěkých moří. Vybral si k tomu jeden z tzv. hox genů, jež plní rolí jakýchsi genetických dirigentů. Hox geny tvoří rodinku, která obsahuje tzv. homeobox. Ten je v bílkovinách zodpovědný za syntézu homeodomény, řetězce 60 aminokyselin. Přes tento úsek se bílkoviny vážou na DNA a řídí tak funkce mnoha genů nezbytných pro zdárný vývoj zárodku a správné uspořádání všech částí těla.

Pravěké ryby, které žily zhruba před 500 miliony roků, organizovaly tvorbu svého těla pomocí sady 13 hox genů. Následující evoluce přinesla revoluční změny a v jejich důsledku se každý z hox genů čtyřikrát rozmnožil. Vznikli živočichové vybavení 52 hox geny. Některé z hox genů se ujaly v těle nových funkcí, jiné v důsledku mutací zanikly. Dnešní savci včetně člověka vládnou sadou 39 hox genů.

Podobně se množily i další geny, a to otevřelo pravěkým tvorům dosud netušené možnosti evoluce. Zvířata získala genetickou "surovinu" pro tvorbu nových genů a měla šanci, že si s jejich pomocí zajistí nové výhodné vlastnosti. Jeden z čtveřice stejných genů si podržel původní funkci a zbývající geny měly "volné pole působnosti" pro nejrůznější proměny. Někdy se nově vzniklé geny jen podělily o úkoly původního genu. Evoluční biologové označují tento procesu jako subfunkcionalizaci.

Příkladem takové dělby práce původního hox genu jsou funkce stávajících savčích genů hoxa1 a hoxb1. Prvně jmenovaný gen je nezbytný pro tvorbu životně důležité části mozku řídící dýchání, vývoj sluchu, zraku a rovnovážného ústrojí. Jeho narušení má za následek smrt záhy po narození. Druhý gen má na starosti pohyby svalů v tváři. Myš zbavená genu hoxb1 nedokáže mrkat, pohybovat vousy a ušními boltci. Původní gen hox1 plnil u pravěkých tvorů obě funkce. Teprve později se jeho dvě kopie specializovaly na různé úkoly a proměnily se na "dýchací" gen hoxa1 a "mrkací" gen hoxb1. Petr Tvrdík a Mario Capecchi to prokázali v elegantně napsané studii, kterou zveřejnil špičkový vědecký časopis Developmental Cell.

Česko-americký vědecký tandem zjistil, že "dýchací" a "mrkací" gen se zásadně liší jen v části, která řídí jejich funkce a rozhoduje o vypínání, zapínání a tempu práce jednotlivých genů. Tvrdík a Capecchi proto vytvořili nový gen, jehož regulační část v sobě kombinovala vlastnosti genetického "vypínače" genů hoxa1 a hoxb1. Tímto kombinovaným genem nahradili myším jejich vlastní "dýchací" gen hoxa1. O plnohodnotnosti této náhrady svědčí fakt, že se myši netrpěly po narození smrtelnými poruchami dýchání. Zároveň vědci zbavili myši i "mrkacího" genu hoxb1. Myši přesto dokázaly mhouřit oči a pohybovat vousy a ušima. Rekonstruovaný "pravěký" gen úspěšně zaskočil za dvojici "mrkacích" a "dýchacích" genů.

"To, co jsme provedli, je ve své podstatě návrat do časů, kdy gen hox1 zajišťoval živočichům to, co dnes vykonávají geny hoxa1 a hoxb1. Ukázali jsme, jak postupovala evoluce," říká Mario Capecchi a dodává, že nově vytvořený gen není zcela totožný s genem, jakým byli vybaveni dávní pravěcí tvorové. V zásadě ale dokáže plnit stejné funkce.

Oba vědci jsou přesvědčeni, že podobný postup by bylo možné využít i pro léčbu některých dědičných chorob. Lékaři by mohli v budoucnu donutit některé geny z lidské dědičné informace k "záskoku" za poškozené "příbuzné" geny. Capecchi uvádí jako příklad poruchu jednoho z genů pro červené krevní barvivo hemoglobin. Mutace genu vyvolává těžkou poruchu krvetvorby, zvanou beta-thalasémie. Za poškozený gen by mohl zaskočit jiný, ketrý má na starosti tvorbu hemoglobinu jenom během vývoje lidského plodu. Po příslušné úpravě "vypínače" by tento gen pracoval i v těle dospělého člověka a nahradil by tak poškozený gen.

Spustit audio

E-shop Českého rozhlasu

Hurvínek? A od Nepila? Teda taťuldo, to zírám...

Jan Kovařík, moderátor Českého rozhlasu Dvojka

hurvinek.jpg

3 x Hurvínkovy příhody

Koupit

„Raději malé uměníčko dobře, nežli velké špatně.“ Josef Skupa, zakladatel Divadla Spejbla a Hurvínka