0

Zítřejší hranice genetiky

V roce 1974 jsem uveřejnil studii ,,Genetika Caenorhabditis elegans ", organismu známého také jako hlístice. První věta říkala: ,,Zásadní nevyřešenou otázkou biologie je to, jak dokáží geny určovat komplexní struktury, jež nalézáme u vyšších organismů." To platí dodnes. Jak geny budují orgány, kosti nebo kůži a jak určují jejich funkci? Stojí za pomalým tempem našeho pátrání potíže s vybíráním organismu vhodného ke studiu?

Až do počátku šedesátých let byla v biologii ,,velká neznámá" mnohem skromnější: jak DNA určuje nejjednodušší bílkoviny? Potom ovšem začalo být jasné, že vše, co je třeba udělat, je chopit se genu a sekvenovat jej, chopit se bílkoviny a sekvenovat ji a jednoduše přeložit jednu sekvenci do druhé. Jak geny fungují, bychom v zásadě mohli zjistit tím, že bychom se naučili jejich chemickému jazyku.

Chicago Pollution

Climate Change in the Trumpocene Age

Bo Lidegaard argues that the US president-elect’s ability to derail global progress toward a green economy is more limited than many believe.

V té době jsme samozřejmě neměli potřebné nástroje. Pravda, měli jsme primitivní nástroje k sekvenování bílkovin, takže jsme dokázali odvodit jejich chemické složení. Pustit se do chemické podstaty genů jsme ale nemohli. Bylo možné využít jen běžného - a velice pomalého - postupu, který v 19. století zavedl zakladatel genetiky Gregor Mendel. Podle Mendela je přítomnost genu v organismu potvrzena jedině tehdy, když nalezneme jeho alternativní formu, nazývanou alela. Mendel například nedokázal říct, že u jistého druhu rostlin existuje gen výšky, dokud neobjevil trpasličí mutanty daného druhu.

Tento přístup definuje geny podle pozorovatelných vlastností organismu. Rozvoj technologií nám naštěstí oproti Mendelovi dovoluje vymezit geny mnohem rychleji. Díky objevu genetické rekombinace u virů, které napadají rychle se množící bakterie, vznikla možnost měřit u potomků změny mnohem precizněji a rozebrat tak jemnou strukturu genu.

Bylo tedy přirozené, že se v tomto okamžiku biologové ptali, zda by obdobným postupem bylo možné rozluštit genetickou strukturu složitějších, mnohobuněčných organismů. Pravidlem dřívějšího výzkumu bakterií bylo získat mutanty a co nejpodrobněji je prozkoumat. Bylo zapotřebí získat organismus s tempem růstu jako u bakterií, aby nám poskytl množství genetických variací, které by umožnili úplnou analýzu genů.

Já jsem se zabýval nervovou soustavou a považoval jsem za důležité studovat ji tak, aby bylo možné ji znázornit formou ,,schématu zapojení". Mým plánem nebylo vysledovat geny přímo v chování, ale rozdělit problém do dvou otázek: vývojové otázky (,,jak geny budují nervovou soustavu?") a fyziologické otázky (,,jak nervová soustava nebo mozek vytváří chování?").

Mým úmyslem bylo studovat mutanty C. elegans a doufat, že nalezneme mutanty genů, které řídí chování. Ale i u organismů tak jednoduchých jako C. elegans bylo kvůli mezím našich technických možností velmi těžké stanovit funkci genů. Začali jste se studiem svalu prostě proto, že se tak nabízelo velké množství bílkovin.

V 70. letech objevená technologie klonování a sekvenování DNA otevřela výzkumu nové perspektivy a její využití na lidech a dalších savcích bylo ve smyslu vědeckého poznání nesmírně úspěšné. Rozvoj genetiky ovšem nadále závisí na schopnosti zkoumat modelové organismy jako C. elegans a Drosophila (octomilka).

Je skutečností, že dnešním velkým nebezpečím je to, že se sice s přívalem ohromného množství genetických popisů různých organismů utápíme se v moři dat, ale vzdalujeme se chápání biologické komplexnosti. Nesmíme zapomínat, že základní funkční jednotkou živých organismů jsou buňky , nikoliv geny. Dnes potřebujeme mapy buněk a mapy způsobů jejich dorozumívání.

Naším prvním úkolem je určit, kolik různých buněk se ve složitém organismu nachází. Myslím, že u C. elegans to dnes říct dokážeme. Ale v případě obratlovců, jako jsme my sami, jsme tomu stále velmi vzdáleni.

To nás přivádí k potřebě zamyslet se nad lidskými bytostmi - nejen nad lidským genomem - jako nad subjektem biologického výzkumu. To mě náhle napadlo, když jsem se nedávno účastnil setkání, kde se hovořilo o myši, která je modelem lidských bytostí. Na setkání bylo navrženo, abychom vytvořili geneticky smíšený fond třiceti tisíc myší. Vyškolili by se lidé, kteří by pravidelně tyto myši prošetřovali a určovali vysoký krevní tlak, diabetes, nenasytnost atd. Pak bychom studovali genotypy těchto myší - konkrétní varianty jejich genů.

Fake news or real views Learn More

Problém tkví v tom, že nám technologie neumožňuje zmapovat 30 000 genotypů. Přišlo mi ale na mysl, že i kdyby bylo možné 30 000 genotypů zmapovat, proč bychom pracovali s myšmi? Konec konců, máme už vysoce kvalifikované odborníky, kteří by subjekty výzkumu vyšetřovali, totiž lékaře. Jakmile nám to tedy technologie umožní (a já se domnívám, že je to možné a že k tomu dojde), proč bychom neměli pracovat přímo s lidmi?

Správným způsobem by bylo pracovat se souborem jedinců, kde by všichni byli anonymní. Jsme schopni dokázat, že rozumíme genetické struktuře lidské nemoci tím, že uměle vyvoláme stejnou nemoc u myši. Vlastním účelem používání modelových organismů je ovšem potvrzovat to, co zjistíme v realitě.