Mysleli jsme si, že když přečteme genom, přijdeme podstatě života na kloub. Jenže se ukázalo, že naprostá většina genomu je nefunkční a v organismech se jen tak fláká. Sekvencí, které se vezou z generace na generaci, aniž by něco pořádného dělaly, máme společných nejen se šimpanzi, ale i mnohem hloupějšími živočichy, hodně. Některé se podobají virům, jiné se nepodobají na nic a tak není divu, že převládl názor, že jde o nepříjemné vzpomínky našich předků a předků jejich předků, zkrátka z dob, kdy jsme ještě nebyli sapiens a taháme si je stále v každé buňce s sebou jen proto, že jsme se jich nedokázali zbavit. Proto jsme většinu DNA, o níž víme že nic nevíme, prohlásili za „junk“. Tedy něco, co je spíš haraburdím, které když se nám doma nevejde do popelnice, uložíme do sklepa. Termín „junk“ se všem zalíbil a tak ho používají laici i profíci, navzdory podivnosti, že si toho balastu v každé buňce taháme z pokolení na pokolení nějak moc. Zamotal nám i definici genu. Kam řadit kousky DNA, které nemají nic společného s tvorbou nějakého potřebného proteinu, hormonu a jen koukají, kde by co by a jen se zbůhdarma poflakují po genomu a vlastně ani nevíme, proč je někdy bloumání baví a jindy ne. U těch, které se přemísťováním baví často, dostali přezdívku „skákající geny“. Mnohé z nich svou stavbou jakoby virům z oka vypadly a stejně tak i svým chováním, protože dokud je hostitel v pohodě a plný síly, jsou tyto elementy v klidu. Jakmile se ale dostane do potíží (z hladu, žízně, zimy, je ve stresu) ti prevíti se začnou množit a dělat binec. Přesně v duchu definice sobeckých genů sledujících jen svůj prospěch. Jejich škodlivost, pro níž je někteří dodnes nazývají endogenními viry, hlásali i nositelé Nobelovy ceny. Dlouho to ale nevydrželo. Brzo jim začali oponovat kverulanti, kteří zlý image elementům, pro které se nyní razí pojem transpozony, vylepšovali a vylepšovali, až ze zloduchů udělali klaďase nesoucí na svých bedrech vyrovnávání se změněným životním prostředím. Začíná převládat názor, že zlé a škodlivé transpozony, jsou vlastně hybnou silou evoluce.
Vlastně na jejich chování není nic tak zarážejícího. My se chováme stejně. Když nás osud svede do průšvihu a je nutné něco bezodkladně řešit, improvizujeme s tím co je zrovna po ruce a často sklepní poklady přijdou vhod neboť se v nich něco, co buďto pasuje, nebo se dá uzpůsobit aby to sloužilo novému účelu. A stejně tomu asi je s nefunkční junk DNA. Dokud je organismus v pohodě, netřeba nic měnit a i transpozony jsou v klidu. Pro ty, co preferují povýšenecký postoj: „jsou pod kontrolou“. Jakmile přijde malér, nejlepší je útéci. Rostlinám se běhá špatně a tak je na nich funkce transpozonů mnohem patrnější. Proto také u nich byly objeveny. Ve vážných nesnázích organismy, jakoby vsázely vše na jednu kartu – dovolí těm škodlivým, virům podobným prevítům, se množit a pořádat bujaré veselice s poskakováním v tom nejcennějším, co má – ve velitelském a řídícím centru. Nechá si v genomu přeskupovat zaběhaný pořádek a výsledkem je v podstatě chaos. Samozřejmě, že taková vandalská přestavba chromozomů je podnik riskantní a že většinou vzniká něco, co není k ničemu a nebo ještě horší, než bylo to staré. Evoluci, stejně jako revoluci, je osud jedinců zcela lhostejný a s losery se nemazlí. Sázení ve velkému stylu odpovídají i výhry. Tu a tam mezi zmetky získá nějaký potomek účelnější kombinaci, která mu problém zhoršeného prostředí (teplotu, aciditu, nedostatek vláhy, krátké vegetační období,... dosaď co třeba), vyřeší. Transpozony, ať už jim někdy budeme říkat parazité, balast, či jinak, jsou velmi chytrým udělátkem. Nechat si genom prolézat skákajícími elementy se ukazuje být lepším řešením, než spoléhat na pomoc shůry, která kdyby se z nějakých důvodů nedostavila, přišlo by na řadu vymření. S transpozony alespoň škádlíme štěstěnu a vytváříme si malou šanci, že na někoho přece jen „sedne“ a zajistí mu spokojenější živobytí. V duchu prospěšnosti transpozonů vyznívá i nejnovější poznatek z dílny Thomase Eulgema, profesora rostlinné buněčné biologie, který jeden takový transpozon studoval pozorně.
Co jsou to ty skákající elementy nebo-li transpozony?
Objevila je Barbara McClintocková z Cold Spring Harbor Laboratory u kukuřice. Trvalo ale poměrně dlouho, než je mužský vědecký svět vzal na vědomí. Nyní už víme, že jsou nejen u rostlin ale i u bakterií a že je máme i my, lidé. Ona totiž jen malá část genomu je tvořena geny. Zhruba 40 % lidské DNA můžeme označit jako něco, co se svým způsobem podobá těm úplně nejmenším parazitům a čemu teď říkáme transpozony. Jejich počet v buňce se pohybuje v řádech desítek, mnohé z nich jsou ale přítomny ve více či méně přesných kopiích. Tu a tam se činí a navozují mutace a chromozomové zlomy. Říkat jim titěrní parazité skrytí v chromozomech, by jim možná slušelo líp. Tím, že některé obsahují důležité součásti genů (transkripčí promotory), přeskočí-li náhodou do toho správného místa, mohou přivodit vyšší „výkon“ daného genu (expresi), nebo spustit činnost genu v neobvyklé situaci či podmínkách.
Není pochyb o tom, že když se transpozony dají pořádně sobecky do práce, lítají třísky a že mají na svědomí hodně mrzáků a těch, kteří se na další reprodukci kvůli svým hendikepům neuplatní. Odhalování principů jejich činnosti v nás pohřbívá poslední zbytky představ života jako dokonale vyladěného hodinového strojku. Genetikům se organismy nyní jeví doslova jako chaos v němž se improvizuje a záplatuje vším co je po ruce. Je nabíledni, že v tomto procesu ani zdaleka nevítězí ten nejlepší a že náhoda tu hraje rozhodující roli. V genomovém mumraji v němž všemu jde o vlastní prospěch, dokonce ani nejde dost dobře určit co je dobré a co zlé. Stírá se hranice mezi tím, co jsme my a co jsou „oni“. Někomu se transpozony budou zdát parazity a elementy rozebírajícími naše chromozomy zevnitř, jinému se vyjeví z té lepší stránky, třeba jako nyní, kdy si v jednom konkrétním místě připsaly k dobru funkci posilovače imunity chránícího svého majitele proti patogenům.
Transpozony jsou DNA elementy, které se mohou množit a měnit své umístění v genomu. Byly považovány za nedůležité a proto vznikl zmatek s jejich řazením mezi: "junk DNA", „skákající geny“ , „sobeckou DNA“,... Dlouho se jim přisuzoval jen škodlivý efekt. Nafotit je nedovedeme, dokážeme je ale přečíst a tím zjistit kde v genomu momentálně jsou. Na obrázku jsou ukázky začátku a konce transpozonu COPIA-R7. (Kredit: Tsuchiya a Eulgem, 2013)
Tandem genetiků Tokuji Tsuchiya a Thomas Eulgem pokusničil na půdě University of California, Riverside a výsledky jejich kouzlení s transpozony zveřejnili v builtenu vydávaném americkou Akademií věd. Zdokumentovali v něm, jak může být transpozon svému hostiteli prospěšný. Na oblíbené rostlině genetiků – huseníčku, zjistili, že COPIA-R7 transpozon, tím, že skočil rostlině do genu rezistence, jí svou přítomností zvýšil imunitu a učinil jí odolnou k plísňovým onemocněním. A protože jde o parazita velké skupiny rostlin, svět v tom zavětřil něco praktického.
Když vědci něco objeví, mají právo to pojmenovat. Jednomu z transpozonů tak dali název COPIA-R7. Bylo o něm známo, že skáče po genomu, což umí i mnoho jiných transpozonů a nebylo by na tom dnes už nic, co by stálo za publikování. Stejně tak to je v případě genu pro imunitu. Jeden z těch významnějších u rostlin se jmenuje RPP7. Ani na něm ale není nic neobvyklého. Když se dají dohromady, tak skákající neposeda transpozonu COPIA-R7 genu rezistence RPP7 může výrazně pomáhat. Ale jen když jsou na tom správném místě. Oba jmenovaní protagonisté jsou vlastně jen úseky na vláknu DNA a jsou tam zapsány sledem kombinací čtyř písmen genetické abecedy. Nyní se k nim přidává třetí hráč. Jeho princip vlastně už také několik let známe. Jde o to, že o funkčnosti genu, nerozhoduje jen to, co je zapsáno v DNA. O míře vyjádření, neboli expresi genu (na jaký „plyn“ v organismu pojede) rozhoduje ještě jeden zápis. Je na povrchu vlákna DNA a není tvořen sekvencí bází, ale nejčastěji metylovými skupinami. To znamená, že zda se podle genu také začne jím kódovaná substance syntetizovat a jak moc se toho bude v buňce tvořit, rozhoduje také jeho zevnějšek - jak se bude gen čtecímu zařízení presentovat. Jak rychle ho zařízení buňky bude schopno "přelouskávat", určují epigenetické značky. Pokud je těch metylových skupin více, gen zachumlají a čtečka s ním začne mít problém, funkce genu je tak utlumena. Můžeme tedy říci, že analogicky jako u nás šaty dělají člověka, i gen je v buňce respektován podle mundůru a počtu na něm našitých epigenetických prýmků. Takže když to shrneme, u námi popisovaného příběhu huseníčku si na jeho odolnosti k plísním přihřívají polivčičku tři parťáci. Skákající transpozon, gen rezistence a epigenetické molekulární značka s poetickým názvem „H3K9me2“. Pravdou je, že v tomto případě je pro transpozon jeho epigenetické obalení tvořené histony spíše než slušivým oblečkem, svěrací kazajkou. Omezuje mu jeho cestovatelské choutky. Ale přesně to se nyní rostlině hodilo, protože v místě, kam se tento neposeda náhodou dostal, se osvědčil protože tu „nechca“ vytvořil jakousi novou zkratku k maximalní expresi genu rezistence. Ze tří hráčů na scéně genu rezistence (RPP7), zloducha transpozonu (COPIA-R7) a regulační epigenetická značky (H3K9me2) se stali nerozluční přátelé a zřejmě už navždy. Epigenetickými značkami „popsaný“ skokan, nejen, že získal pro gen rezistence zcela nový význam a posílil jeho schopnosti ale také mu to ubralo na jeho mladické bujarosti, usadil se. V podstatě byl upoután na místo. A tím také, podobně jako to chodí v Cizinecké legii - bez ohledu na minulost - dostal huseníčkovo občanství, stal se regulérní součástí jeho genomu.
Huseníček měl štěstí. Z haraburdí se mu podařilo udělat jakési rodinné stříbro, které se jí vyplatí uchovávat a střežit jak oko v hlavě. Genetici pro takové ochočení a usazení používají termín „domestikace“ transpozonu. Zbývá jen dodat, že takové prospěšné domestikace neposedných prevítů by nám ve šlechtění mohlo hodně pomáhat. Bylo by trestuhodné, když teď víme jak to funguje, poznatků nevyužít cíleně a nechávat dál vše jen na matce přírodě a čekat až se jí hrou v kostky náhodně, někdy, třeba, něco podobného zase podaří u plodin, u nichž to potřebujeme více než u plevele. Podobnými vychytávkami, jakou bylo toto náhodné „naprasení“ viru podobného zmetka do intronu genu imunity a které nevýznamné rostlině vylepšilo odolnost proti houbovým chorobám, by mohlo nejen zvyšovat výnosy ale i zbavit nás třeba problémů spojených s jedovatými postřiky polí. Otázkou je, jak se k tomu postaví veřejnost. I tady totiž jde o hrátky s geny. Aktivisté vystupující proti takovému upravování rostlin, rádi využijí každé příležitosti ke svému zviditelnění. Zatím to měli jednoduché – pokud vědci šlechtili rostlinu a vpravili do ní gen, nebo jí naopak nějaký odebrali, byl to mutant. Tedy plodina s nějak změněnou sekvencí nukleotidů v její DNA a dala se na ní snadno napasovat nálepka, že je „ s pozměněnými geny“. Tato práce ale ukazuje, že lze upravovat i druhou vrstvu zápisu na DNA, přičemž o geny (pořadí nukleotidů) tu již nejde. Funkce genů lze měnit i pomocí dovybavení molekuly DNA o epigenetické značky. Naneštěstí v tom hraje v tomto případě svou roli i virům podobná částice. Asi bude zatěžko vysvětlovat, že si normálně poskakují v genomech jak se jim zachce a že v některých místech dělají neplechu a v jiných plechu. Pokusy v Riverside ukázaly na mechanismus, kterým lze skákajícím elementům jejich zálibu v neposednosti omezit a jakoby je „přišpendlovat“ v místech, kde nebudou škodit a nebo kde budou výhrou. Toto je první případ prospěšnosti transpozonu v obdaření rostliny rezsitencí k plísni. Podobných bohulibých vylepšení se ale jistě brzo najde kupa a nebudou se týkat bezvýznamného plevele huseníčku. Hodně teď bude záviset na přístupu těch v maskách a protichemických oblecích, kteří v zájmu zachování planety ve stavu jakém byla, si oblibují ničení pokusných políček a varují spotřebitele před konzumací mutantů. Zatím jim zamlčování faktů, že každá kulturní plodina je vlastně mutantem, fungovalo až neuvěřitelně účinně, stejně jako laciná hesla „Mutant = špatný“ a nebo „jíst geny je škodlivé“. Nyní to bude pro aktivisty větší makačka na bednu. Nejde totiž o geny ve smyslu jejich sekvence a tak oblíbený strašák mutant, ztrácí na poetičnosti. Navíc tu půjde o něco, co se běžně vyskytuje a osvědčuje i v planě rostoucích plodinách. Takové šlechtění by bylo větším návratem k přírodě, než jakékoliv jiné šlechtění, které jsme dosud praktikovali. Půjde sice také o genetickou modifikaci organismu, ale to hlavní se netýká genů, ale epigenetckých značek na nich, které mění jejich funkce..... a včil, babo raď.
Baba: Ono již kdysi bylo aktivistům s plackami „Nechceme mutanty“ nemožné vysvětlit princip horizontálního přenosu genů a že sami jsou také mutanty. Vlastně protestovali sami proti sobě a za svou likvidaci a nijak jim to nevadilo. Bohužel na stokrát opakované polopravdy a jednoduchá hesla, společnost stále slyší. Zlé sémě bylo zaseto a teď už sklízíme jedovaté plody. Rozhodující hráči ve šlechtění plodin se z Evropy odstěhovali a s nimi i pracovní příležitosti a značná část prostředků na výzkum. Stačí se podívat na autory publikací z oblasti molekulární genetiky a hned je člověku jasné, která bije. O mnohém vypovídají i jména u publikace, která sloužila jako zdroj tohoto článku. Poradit tentokrát neumím.
Literatura: Tokuji Tsuchiya and Thomas Eulgem. „An alternative polyadenylation mechanism coopted to the Arabidopsis RPP7 gene through intronic retrotransposon domestication“, PNAS 2013, doi:10.1073/pnas.1312545110
www.pnas.org/cgi/content/short/1312545110
Diskuze:
