Hlavní roli v tom, jací jsme – zejména vzezřením, ale do nemalé míry také povahou a dokonce i intelektem - hrají geny. V jádře našich zdravých diploidních buněk jsou dvě kompletní sady chromozomů – 23 jich jsme zdědili od matky a 23 od otce. Každá z těchto sad má asi 3 miliardy párů bází, tedy dvojic nukleotidů adenin – tymin, cytozin – guanin.

Zmapování lidského genomu přineslo překvapení – v  jedné sadě chromozomů se počet genů, které jsou programem pro tvorbu bílkovin, odhaduje na asi 24 tisíc. A zabírají asi jen 1,5 % z celé DNA. Když si uvědomíme, jak složitý je náš organismus a že v podstatě všechno se tvoří podle příslušného genetického programu, není to tak mnoho. Okolo 25 tisíc genů má například i myš nebo drobná rostlinka huseníček (Arabidopsis thaliana). Zdá se tedy, že zdravý člověk je musí mít každý gen správně fungující, a když už ne obě jeho varianty (alely) po matce i otci, pak alespoň jednu z nich. V časopisu Science ale před několika dny vyšel zajímavý článek, pod nějž se podepsal 51členný mezinárodní tým autorů vedený britskými vědci z prestižního Wellcome Trust Sanger Institute a Američany z Yale University. Již název "Systematické mapování znefunkčněných variant lidských genů kódujících bílkoviny" (A Systematic Survey of Loss-of-Function Variants in Human Protein-Coding Genes) naznačuje, že určitý genetický program pro tvorbu nějaké bílkoviny se může pomást. Samozřejmě nějakou mutací.

Pro biology to asi nebude nic překvapivého, ale málokdo z nás nebiologů by připustil, že z těch necelých 25 tisíců genů, které každý z nás má ve dvou kopiích zděděných po rodičích, může být i více než sto nefunkčních, v případě, že se jedná o jednu z těchto kopií, a okolo dvacet vyřazených zcela, tedy nefunkčních v obou jeho variantách (alelách) – té od matky i té od otce. Přitom jedinec je zdráv. Jinými slovy, ani ten, kdož je zdravý jako buk, nemá „dokonalý“ genom, v průměru máme všichni asi 1 procento genů vyřazených ze hry. A vůbec není výjimkou, když nějaký z těchto genů je nefunkční na obou autozomálních chromozomech.

Zvětšit obrázek

Příklady strukturálních chromozomových mutací. Podle zdrojů National Library of Medicine

V celém lidském genomu, přesněji v rámci genomů zkoumané vzorky 185 lidí, mezi nimiž byli původní severo- a západoevropané, Jorubanové z Nigérie, Japonci z Tokia nebo Číňané z Pekingu, vědci objevili 1 285 různých nefunkčních genů. Samozřejmě, že každý jednotlivec měl jinou kombinaci jen několika z nich, v průměru asi stovku. Z těchto vyřazených genů se 253 v zkoumaných genomech vyskytlo i v homozygotním stavu. Každý máme takových, jak již bylo zmíněno, v průměru asi 20.

U podstatné části identifikovaných nefunkčních variant genů (konkrétní varianta nějakého genu = alela) nešlo o nepatrnou změnu, například mutaci jednoho páru bází, tedy „omyl“ v jednom písmenku genetického kódu, ale zásadní rozdíly biologové odhalili v rámci celých úseků DNA. Nesrozumitelnost příslušné posloupnosti nukleotidů pro buněčné čtecí mechanismy způsobily takzvané strukturální variace, například zduplikování nějaké sekvence bází, nebo její zařazení v obráceném pořadí než mají funkční geny (inverze), případně její vymizení (delece), či vložený krátký úsek DNA z jiné oblasti genomu (inzerce) a pod.

Mít nějaký gen nefunkční, může být fatální, bez následků na zdraví, nebo dokonce v některých případech výhodné, i když se nemusí zatím vědět proč. Usuzuje se tak z toho, že vyřazený gen se nachází v oblasti, jež prošla změnami, které byly vývojově úspěšné. Známější i závažnější jsou vak ty porouchané geny, které jsou příčinou dědičných nemocí. Někdy stačí aby byla vyřazena, nebo nesprávně fungující jen jedna kopie a již se to na zdraví projeví. Nejčastější mezi těmito, takzvaně autozomálně dominantními nemocemi je pravděpodobně dědičná varianta hypercholesterolemie. Postižený jedinec má nadměrnou koncentraci „zlého“ cholesterolu v krvi, což kromě jiného vede i k předčasným projevům kardiovaskulárních nemocí již někdy mezi 30. a 40. rokem života. Mezi známější závažné nemoci, pro něž stačí jen jeden špatný gen, patří i neurodegenerativní Huntingtonova choroba. Na svědomí ji má konkrétní gen na 4. chromozomu, přesněji nadpočetné opakování kódu pro aminokyselinu glutamin v jednom jeho úseku. Podle takto prodlouženého zápisu si pak buňka tvoří pozměněný protein, který poškozuje některé typy neuronů.

Mnozí jsme nositeli narušených genů, které když mají na párovém chromozomu zdravé "dvojče", nám nijak zásadně neubližují. Problém nastává, když se v oplodněném vajíčku zkombinují dvě špatné verze (alely) příslušného genu. Tak mohou mít zcela zdraví rodiče dítě trpící závažnou dědičnou nemocí, jako je například cystická fibróza. Prý až 4 Evropané ze sta jsou nositelé jedné verze jejího zmutovaného genu, a tedy jsou potenciálními rodiči postiženého dítěte. Další známou závažnou autozomálně recesivní nemocí je fenylketonurie spojená s kombinací dvou vadných alel genu, jenž sídlí na 12. chromozomu a je programem pro tvorbu enzymu fenylalanin hydroxylázy.

Ale existují i kombinace dvou zmutovaných alel jistého genu, které neohrožují na životě, i když neznamenají výhru. Takovou je recesivně autozomální forma albinizmu. Není však problém najít i ty, jež v jistém prostředí – přírodním nebo sociálním – přinášejí nějakou selektivní výhodu, třeba přirozené blond vlasy.

Samozřejmě, že tento stručný exkurz do geneticky podmíněných nemocí a fenotypových znaků se studií mapující znefunkčněné geny přímo nesouvisí. Vědci nám v ní naznačují, že každý z nás, i ten jehož zdravotní záznam je záviděníhodně stručný, má ve svém genomu oblasti s posloupností nukleotidů, které si buňka nedovede přeložit do žádného proteinu, zatímco většina ostatních má na tom samém místě gen funkční.

Video vysvětlující jednoduché mutace v dvojvláknu DNA

Zdroje. Science, Yale University