Chybějící dědičnost

Logo projektu HUGO. Přečtení prvního lidského genomu stálo tři miliardy dolarů.

První lidský genom přečetli genetici už před deseti lety. Stálo je to tři miliardy dolarů. Od té doby se podařilo přečíst stovky kompletních lidských genomů. Lidi, do jejichž dědičné informace vědci jen „nahlédli“ a prozkoumali z ní větší či menší část, už nikdo asi ani nespočítá. Přesto nevíme o lidské DNA dost. Dokladem omezenosti našich znalostí je tělesná výšky. Ta se dědí natolik, že není příliš obtížné odhadnout z výšky rodičů, jak vysocí budou jejich potomci. Z kompletního genomu ale tak přesný odhad udělat neumíme. Známe více než 200 variant DNA, jež se na výšce postavy podílejí. Ty však mají vliv na pouhých 16 % dědičného základu tělesné výšky.  Podobně tápeme i v mnohem důležitějších vlohách pro závažné choroby.  Genetici odhalili zhruba 140 variant DNA, které mají vliv na propuknutí závažného zánětlivého střevního onemocnění zvaného Crohnova choroba. Ty však reprezentují jen pětinu celkové dědičné dispozice k onemocnění. Podobně je tomu s dědičnými sklony k obezitě, cukrovce, rakovině či kardiovaskulárním chorobám. Řada vlastností má poměrně silné genetické pozadí, ale jednotlivé odhalené varianty lidské DNA k nim přispívají jen slabě. Deset let usilovného bádání odkrylo pouze příslovečnou špičku ledovce dědičných vloh a vědci hovoří o „chybějící dědičnosti“.

Zvětšit obrázek

Stránky nového projektu „The 1000 Genomes Project“. Vědci z konsorcia přečetli kompletní genomy 179 lidí.

Genetici předpokládají, že zatím dokázali podchytit jen hojně rozšířené varianty lidské DNA a ty mají na sledované vlastnosti pouze malý efekt. Každý z nás si však zřejmě nese velmi vzácné a možná i zcela jedinečné varianty DNA a ty mohou do funkcí našeho organismu promlouvat razantněji. Odhalování takových vzácných a „silnějších“ variant DNA je však podstatně obtížnější a vyžaduje porovnání dědičné informace tisíců lidí. Mezinárodní vědecké konsorcium The 1000 Genomes Project složené z vědců 78 různých výzkumných institucí se tohoto ambiciózního úkolu ujalo. První výsledky jeho práce otiskly na svých stránkách prestižní vědecké týdeníky Nature a Science.

Sbírka genomů z celého světa
Vědci z konsorcia nejprve přečetli kompletní genomy 179 lidí. Vybrali si k tomu reprezentanty čtyř různých etnik - obyvatele západní Afriky, Evropany, Číňany z jižní Asie a  Japonce jako reprezentanty obyvatel východní Asie. K tomu přidali bezmála sedm stovek částečně přečtených genomů. Aby si udělali detailní představu o tom, kolik změn vzniká v dědičné informaci nově v každé další generaci, přečetli velmi důkladně genomy dvou rodičovských párů a jejich dětí. Počet odhalených variant lidské DNA se díky tomuto počinu zvýšil dvacetinásobně. U genů, které zaujímají jen zhruba 2 % lidského genomu, dnes známe asi 15 milionů variant.  Plnou polovina z nich se podařilo odhalit díky konsorciu The 1000 Genomes Project. Z tohoto výzkumu také vyplynulo, že každý z nás má zásadními změnami v DNA vyřazeno z činnosti v průměru  200 až 300 genů.

Zvětšit obrázek

Den „G“. Přečtení většiny písmen lidské DNA bylo ohlášeno světu 26. června roku 2000. V Bílém domě se za přítomnost tehdejšího amerického prezidenta Billa Clintona střetli genetici Francis Collins a Craig Venter.

Z „balíku“ dat o lidské dědičné informaci vyčetli genetici míru individuální různorodosti lidské DNA. Plná polovina variant lidské dědičné informace se vyskytuje s četností nižší než 5 %. Některé vzácnější varianty DNA jsou typické jen pro určitá etnika. V konsorciem zkoumaných populacích Afričanů, Evropanů, Číňanů a Japonců měli příslušníci jediného etnika „monopol“ na třetinu všech variant vyskytujících se s frekvencí nejvýše 0,5 %.  Pozvolna se formující obraz variability lidské DNA dává tušit, že právě ve vzácných variantách se opravdu může skrývat „chybějící dědičnost“ spojená se sklonem k některým onemocněním.
Zprávu konsorcia „The 1000 Genomes Project“ přivítaly genetické firmy, které se specializují na výroby důmyslných diagnostických zařízení, tzv. DNA čipů. Čipy modernizované na základě výzkumů konsorcia dovolí prověřit najednou v dědičné informaci člověka kolem 5 milionů variant lidské DNA. Interpretace dat z DNA čipů však bude i nadále dosti složitá. Význam jednotlivých variant DNA se může například lišit mezi různými etniky. Již dříve byla odhalena varianta lidské DNA, která u svých nositelů zvyšuje riziko vzniku glaukomu čili zeleného očního zákalu. Stejná varianta DNA je spojena s touto závažnou oční chorobou u Islanďanů a Číňanů. V čínské populaci je však tento případ genetické dispozice  podstatně vzácnější. Pravděpodobnost onemocnění je u čínských nositelů této vlohy mnohem vyšší než u Islanďanů.

Opomíjené kopie genů

Zvětšit obrázek

Ukázka sumarizace dat věnovaných exonům. Poznatky jsou veřejně dostupné - zde.

Velký význam pro náchylnost k chorobám může mít i typ variability DNA, který donedávna většině genetických testů unikal. Někteří lidé mají určité úseky DNA duplikované, jiní mají ten samý úsek vložen do dědičné informace „obráceně“, dalším lidem se tyto úseky mnohokrát opakují a jiným tytéž úseky úplně chybějí. Lidé se mezi sebou liší zmnoženými či chybějícími dlouhými úseky DNA mnohem víc než úseky, kde jsou změněna jen jednotlivá písmena genetického kódu. Předběžné výzkumy ukázaly, že se dva lidé liší zhruba každým tisícím písmenem genetického kódu. Když započítáme i odlišnosti ve zmnožených a chybějících úsecích narostou rozdíly v genomech dvou lidí na 1,2 %.

Vzácnější formy zmnožení či absence úseků DNA mohou mít pro sklon člověka k různým chorobám větší váhu než odchylky „všední“.  Například DNA lidí postižených autismem nese mnohem více vzácných zmnožení a výpadků než DNA zdravých lidí.
To, co máme vepsáno písmeny genetického kódu do dědičné informace, rozhodně není vytesáno do kamene. DNA se snadno mění a každý novorozenec si přináší na svět vedle variant DNA zděděných po rodičích i zcela nové, vlastní varianty DNA. Ty mohou být z hlediska celé lidské populace skutečnou raritou. Mnohem důležitější je, že mohou mít zásadní vliv na sklon tohoto novorozence k různým chorobám.

Genetici zatím umějí spolehlivě určit jen takové změny, které zcela nabouraly činnost konkrétního genu a vyvolaly dědičnou chorobu, jako je chorobná krvácivost nebo svalová dystrofie. Změny, které třeba jen „rozladí“ dokonalou souhru genů a významně tak zvýší sklon člověka k obezitě nebo infarktu myokardu, se odhalují mnohem obtížněji. Pomoci v tom může právě výzkum organizovaný konsorciem The 1000 Genomes Project. To si klade do nejbližší budoucnosti za cíl získat genomy 2 500 lidí z celého světa a odhalit všechny varianty dědičné informace, které se v každé studované  populaci vyskytují s četností vyšší než 1 %.