Objevy roku 2010

Vědci představili výsledky výzkumu biodiverzity moře zkoumané v rámci "Sčítání podmořského života", projektu Census of Marine Life. Prostřednictvím prvních výsledků projektu Thousand Genomes Project jsme nahlédli do netušeného bohatství variant lidského genomu. K významným objevům letošího roku však patří i ty, které opravily naše omyly. Jmenujme za všechny aspoň studii kanadských genetiků vedených Timothym Hughesem z Torontské univerzity, která vyšla v časopise PLoS Biology v květnu. Zabývá se podstatou „temné hmoty“. Nejde o proslavenou „temnou hmotu“ ve vesmíru, ale o méně známou „temnou hmotu“ genetickou.

V lidské dědičné informaci se nachází asi 23 000 genů, které naše buňky přepisují do molekul ribonukleové kyseliny a podle nich pak syntetizují bílkoviny. Geny zaujímají jen zlomek ze tří miliard písmen genetického kódu, jež tvoří kompletní lidský genom. Zbytek lidské DNA byl označován jako „zbytečná DNA“. Genetici se dokonce přimlouvali za to, aby při čtení lidské dědičné informace byly tyto části vynechány. Postupně však převládl názor, že tato genetická pustina bez genů je nesmírně důležitá. Vědci nacházeli v buňkách molekuly ribonukleové kyseliny, jejichž původ marně hledali v genech. Zdálo se, že „genetické pustiny“ rozkládající se mezi geny, chrlí záplavu ribonukleových kyselin, podle nichž se nevytváří žádné bílkoviny. K čemu jsou tyto molekuly kyseliny ribonukleové dobré? To nikdo nevěděl. Ale množství těchto molekul dávalo tušit, že zbytečné nejsou.

Timothy Hughes a jeho kolegové se podívali do genomu důkladně a bylo po záhadě. Původ většiny „temné hmoty“ dokázali vystopovat ke konkrétním genům. Ukázalo se, že vedle těch správných molekul kyseliny ribonukleové se vyrábějí podle genů i zmetky, vzniká tu odpad – jakési „třísky“ a „piliny“ ribonukleových kyselin. Genetické pustiny mezi geny tedy zřejmě nejsou nijak zvlášť aktivní a „temná hmota“ má původ v genech.
Hughes neudělal nic víc, než že napravil omyly jiných genetiků. Přesto jsou dopady tohoto objevu nedozírné. Jen si představme, kolik genetiků si teď už nebude lámat hlavu s genetickou „temnou hmotou“ a vrhne se na zkoumání jiných problémů. Co všechno tihle lidé objeví a co všechno jejich objevy přinesou. Svůj podíl na tom bude mít svým způsobem i Timothy Hughes a jeho tým.

Stranou zájmu může zůstat i záplava nových, netušených výsledků na poli bádání, které je životně důležité pro každého z nás. Jde o počiny srovnatelné s objevováním obřího, neznámého kontinentu, a přesto se o nich nikde moc nemluví ani nepíše. Tato tajemná pevnina, na jejíchž mapách bylo ještě donedávna napsáno „Zde jsou lvi“, se jmenuje lidský mikrobiom. Pod tímto vědeckým termínem se skrývá společenstvo mikrobů obývajících lidský organismus.

Lidské tělo je složeno zhruba z 1013 buněk a hostí řádově 1014 mikroorganismů. Co do počtu na nás hrají mikrobi přesilovku deset na jednoho. Někteří biologové proto vidí v člověku superorganismus tvořený pestrou směsicí nejrůznějších buněk. Ty lidské jsou v menšině. Jiní vědci nazírají na naše tělo jako na ekosystém, jenž podobně jako prales či alpínská louka prožívá populační exploze, invaze, ale i vymírání. Donedávna jsme vnímali spíše nepřívětivější tvář našeho mikrobiomu. To když nám do něj proklouzli původci infekčních onemocnění, např. cholery, jejíž epidemie momentálně sužuje obyvatelstvo Haiti.

Vědci chápali důležitost mikrobiomu. Přítomnost mnoha mikrobiálních podnájemníků nám však zůstávala utajena, protože jsme je klasickými mikrobiologickými metodami nedokázali odhalit. Při laboratorních kultivacích vzorků odebraných z různých částí lidského těla se nám podařilo udržet při životě jen zlomek mikrobiální zoo, již hostíme. Při pohledu na skromné výsledky kultivací jsme snadno propadali mylnému dojmu, že v nás skoro nikdo „nebydlí“. Teprve genetika nám dala do rukou nástroje, s jejichž pomocí odhalíme i mikroby, kteří v laboratorních podmínkách rychle hynou. K identifikaci bakterií se využívá analýz sekvencí některých životně důležitých genů sdílených všemi mikroby. Čím pestřejší je sortiment variant jednoho genu, tím pestřejší je i společenstvo bakterií, jež v daném místě těla hostíme.

DNA|foto: GNU Free Documentation Licence, Version 1.3, Richard Wheeler

Kontury úžasného světa našeho mikrobiomu se začaly rýsovat v ostřeji v roce 2006, když tým vedený Stevenem Gillem z Institute for Genomic Research v americkém Rockville zveřejnil výsledky první inventury mikrobů sídlících v lidském střevu. Vyplynulo z nich, že v útrobách hostíme mikrobiální „zoo“ čítající více než tisíc různých mikrobů. Co do počtu druhů je naše střevo na mikroby stejně bohaté jako mikrobiální ráje v půdě či mořské vodě. Potvrdilo se, že nám bakterie platí „činži“ v enzymech, jež si sami vyrobit neumíme, protože k tomu nemáme potřebné geny. Díky mikrobům tak získáváme některé vitamíny a štěpíme jinak nestravitelné látky hojně konzumované s rostlinnou stravou. Bez mikrobů by nám toho z jablka či mrkve zůstalo v těle mnohem méně.

„Sčítání“ bakterií provedli vědci i v ústech. Zjistili, že se nám slinami prohání více než 600 různých druhů bakterií. Každý z nás má jejich spektrum trochu jiné. Je zajímavé, že na druhové zastoupení bakterií nemá větší vliv ani diametrálně odlišný jídelníček obyvatel různých koutů světa. Mikrobiom v ústech dvou sousedů z Kamenického Šenova se může lišit stejně jako mikrobiom v ústech Kunga z Kalahari a Eskymáka z Aljašky.

Na povrchu těla nosíme víc než 1000 druhů mikrobů. Každý člověk má své vlastní spektrum kožních mikroorganismů a to je relativně stálé. Například v uchu nebo v nose se druhové složení mikrobů prakticky nemění. Nejnáchylnější ke změně druhového složení se ukázal mikrobiom v podkolení. Velké překvapení přineslo zjištění, že v hlubších vrstvách kůže mikrobů neubývá, ale naopak přibývá. Na centimetru čtverečním povrchu kůže lokte hostíme v průměru 10 000 bakterií. Pod povrchem kůže se jich na stejné ploše tísní zhruba milion.

V letošním roce prokázal tým vedený Williamem Cooksonem z londýnské Imperial College ve studii publikované v časopise PLoS ONE, že nám mikrobi pronikají až do dolních cest dýchacích. Klasické metody tyto mikroby neodhalily a lékaři byli přesvědčeni, že dolní cesty dýchací jsou u zdravých lidí sterilní. V místě, kde se větví průdušnice na průdušky však žije na centimetru čtverečním asi 2000 mikrobů. Astmatici mají stejná místa osídlena desetkrát vyšším počtem mikrobů a jejich mikrobiom má odlišné druhové složení. Pokud se například v plicích novorozence rozmohou bakterie rodu Hemophilus, Moraxella a Neisseria a ubude bakterií rodů Prevotella nebo Veillonella, výrazně stoupá pravděpodobnost, že tohoto človíčka jednou postihne astma.

S koncem roku se vyrojí celá řada žebříčků s nejvýznamnějšími objevy roku. Jistě na nich budou figurovat významné vědecké počiny. Zda jsou to skutečně ty nejvýznamnější však není jisté. Mnohé zásadní objevy zůstávají dlouho nepochopeny a docenění se dočkají až s odstupem mnoha let. A tak je možné, že jsme při pátrání po nejdůležitějších objevech letošního roku minuli vědecké práce, které předznamenávají budoucí revoluce podobně jako je předznamenávala ve své době zcela přehlédnutá práce Johanna Gregora Mendela o křížení hrachu nebo práce Alberta Einsteina o chování těles pohybujících se extrémně vysokou rychlostí.