Více než 90% genomu organismů, jako například myší a lidí, nekóduje žádné proteiny. Dlouho se soudilo, že když tato část genomu nic nekóduje a neobsahuje geny, je pro organismus zbytečným balastem. Pak se ale ukázalo, že tato nekódující DNA vykazuje neobyčejnou podobnost napříč různými druhy. To znamená, že tedy nepodléhá mutačním změnám a tyto úseky si organismus nějakým způsobem před mutacemi chrání. Na tuto část DNA, kterou si organismy chrání „jak oko v hlavě“ a nedopouští aby se porouchala, jsme pod vlivem těchto poznatků začali měnit názor. Také další zjištění z poslední doby o tom, že zde přítomné sekvence řídí vývoj embrya, tuto teorii o významu nekódující DNA podpořily a tak jsme se spolu s genetiky dmuli pýchou, jak naše poznání podstaty života zase pokročilo.
Pryč se šmejdem
Když se nám podařilo vykonstruovat logickou teorii o tom že nekódující, neboli „junk“ DNA je důležitá, přišel si jakýsi Edward Rubin a se svým týmem z Lawrence Berkeley National Laboratory z Kalifornie, nám celou tu krásnou konstrukci poboural.
Rubin totiž vůbec nevzal teorii o důležitosti „junk DNA“ v patrnost, a prach sprostě (promiňte mi ten výraz) jí velký kus z genomu myši vystřihnul. Jeho myši, kterým zahodil přes dva miliony párů bází, zřejmě nečetly Osla (konkrétně příspěvek z 13. října) a tak ani nevěděly, že „junk DNA“ jim slouží jako spouštěcí elementy při vývoji zárodku, a bez problémů se narodily.
Jediné co na nich vědci zpozorovali by se dalo charakterizovat tak, že se jim změnila pouze jejich povaha. Staly se škodolibými. Místo toho, aby se neduživě třásly jsa prolezlé chorobami, jako následek toho, že jim zahodili kus jejich genomu, spokojeně si „vegetí“ . Vědci jim udělali stovku testů aby našli nějakou vážnější metabolickou poruchu, marně.
Trucovité počínání pokusných myší nás tak vrací o deset let zpět. Do doby kdy kralovala teorie o tom, že důležitá je jen nepatrná část genomu která kóduje geny a zbývajících (90%) DNA je smetí, které je pro organismus zbytečnou zátěží.
Co dodat?
Snad jen to, že se nám nechce věřit, že by se organismus tahal s tak obrovským balastem, kdyby pro něj neměl nějaký smysl. Pravdou je, že nás všechny, co v to věříme, pan Rubin pěkně „nakopnul“. Můžeme očekávat, že se vědci nyní rozdělí v lepším případě na dva tábory, v horším na více táborů, a začnou se hádat o to, jak to s tou důležitostí 90% našeho genomu vlastně je. Dá se také očekávat, že Dr. Rubin se svým stříháním, které ho raketově proslavilo, nepřestane a že brzo připraví myši, které budou mít genom o nějakých pár milionů párů bází ještě kratší.
Osel se bude snažit být při tom a sledovat, co na to myši, protože jen ony řeknou, jak to vlastně s tím balastem je.
Pramen: Doe Joint Genome Institute
Genetik Dr. Edward M. (Eddy) Rubin
Diskuze:
Versus článek
Monika,2007-08-04 13:53:22
Kódující sekvence se nacházejí tu a tam (dejme tomu 3 % z jaderné DNA). Junk DNA by mohla mít pouze ochrannou funkci kódujících sekvencí (a třeba i jinou), ale srovnání je nasnadě např. s mitochondriální DNA, která je téměř celá poskládána s kódujících úseků. A také projevy mutací jsou zde obrovské. Vystřižení junk úseků z jaderné DNA by mohlo mít nedozírné následky již v průběhu života jedince, o příští generaci nemluvě...Experiment uváděný v článku bych tedy nebrala jako senzaci, ale spíš jako jisté "balamutění" veřejnosti.
Z toho pokusu nelze dělat závěry
Dramenbejs,2004-11-05 11:20:56
Nesouhlasím, když někdo označí věc které nerozumí za neužitečnou. Třeba je ten DNA balast potřebný pro boj s viry, nebo se projeví až v perspektivě desítek generací.
ostrovy stability
Jarda Petr,2004-10-25 07:21:44
Důležité je, jestli vyjmutá sekvence obsahovala tzv. ostrovy genetické stability. Ty se zdají být konzervovány natolik, že by něakou funkci v "junk DNA" mít měly. Ono bude asi platit, že některá "junk DNA" je "junk" více a některá naopak méně a jiná vůbec ne. V "junk" by měly být i sekvence posilují a oslabující funkce genů a ty důležité určitě jsou.
duvody mohou byt i jine
Jirka,2004-10-25 08:25:01
Treba to, ze junk DNA nejakou funkci mela drive, dneska uz zadnou funkci nema. Nebo je to jen vysledek nahody. Treba prirode nestoji za to kod zjednodusovat. Nebo tak proste chrani velikosti nesmyslne DNA ty dulezite kousky okolo...
Ten experiment lze interpretovat různě
Pavel,2004-10-25 09:56:25
Lze to vyložit tak, že junk DNA je zbytečná, ale stejně tak může být natolik důležitá, že je v DNA v mnoha kopiích a ztráta jedné nebo několika z nich se neprojeví. Můžete z toho, že člověk spokojeně žije s jednou ledvinou, udělat závěr, že ledviny jsou zbytečné?
Mě napadají ještě další (určitě mylné) varianty
Pavel Brož,2004-10-25 17:05:44
Tak např. se docela dobře může stát, že zatímco drobná mutace té junk DNA by vedla k těžkým deformitám fenotypu, tak kompletně celé vystřižení vhodného úseku junk DNA již k žádným deformitám nepovede. Potom je nutné vzít v potaz, že ta DNA se v průběhu evoluce mnohem pravděpodobněji mění právě v těch drobných bodových mutacích, a že pravděpodobnost právě takového vystřižení rozsáhlých částí junk DNA, kdy by přitom nebyly vystřiženy také pro organismus nezbytné geny, může být velice malá či prakticky nulová. Jinými slovy, pak by junk DNA byla zakonzervována právě z toho důvodu, že každá její malá mutace by byla smrtelná, tj. že by neexistovala možnost odstraňování této junk DNA metodou postupných mutací. Na to by mohl snadno odpovědět experiment, ve kterém bude u těch myší ta junk DNA nikoliv odstraňována, ale bodově mutována. Samozřejmě že tento koncept padá už na teoretické úrovni v okamžiku, pokud již dnes je prokázáno, že vystřihování velkých kusů DNA se děje v přírodě naprosto běžně a že toto vystřihování se děje víceméně náhodně v jakýchkoliv částech DNA - pak by padl ten můj předpoklad o vzácnosti takovéhoto procesu (nicméně na druhou stranu - pokud by se opravdu toto vystřihování v přírodě dělo tak běžně, tak pak je zvláštní, že u tolika druhů ta junk DNA - resp. ty ostrovy stability - dodnes přežily).
Další varianta, která mě napadá, je ta, že ta junk DNA může pozitivně ovlivnit stabilitu té kódující DNA. Tzn. že bez té junk DNA se mohou rodit ty myši zcela zdravé, nicméně jejich "holá" DNA může být v průběhu x následujících generací náchylnější k mutacím. Je samozřejmé, že takováto k mutacím náchylnější "holá" DNA by pak s velkou pravděpodobností díky přírodnímu výběru samovolně z populace vypadla. Což by se dalo zjistit až na náchylnosti k těm mutacím pozdních generací těch myší. Tato varianta by ale nevysvětlovala to, proč jsou ty ostrovy stability tak uniformní, jak se tvrdí.
ještě jedno vysvětlení
Jarda Petr,2004-10-26 03:58:58
Dovoluji si ještě jednu drobnou poznámku. Co nevadí jedné generaci myší (tedy vystřižení 2 milionů bp), to může vadit myším jako druhu během evoluce. S bolavou nohou se také dá klidně uběhnout padesát metrů, ale na maratón to není.
Jakoby bylo cosi "zaremováneho"
pjk,2004-10-26 19:06:38
asi jsem postižený povoláním, ale junk DNA mi připadá jako části moc univerzálního programu, který programátor optimalizuje pro speciální případ, ale pro jistotu nic nemaže.
Zkouším se na to podívat ještě jinak
Pavel Brož,2004-10-27 13:35:11
Na celý ten problém je samozřejmě možné se dívat z pohledu biologa (ale byl tu zmíněn i hezký programátorský pohled), kdy se berou jako jistě dané určité předpoklady, kterými jsou:
a) příroda se pro organismus nedůležitých částí DNA velice ochotně zbavuje,
b) na nekódující části DNA není vyvíjen žádný selekční tlak, a proto tyto části rády podléhají mutacím.
Když se dá dohromady předpoklad a) s předpokladem b), tak pak je existence ostrovů stability, což jsou nekódující části DNA, které přitom téměř nepodléhají mutacím, opravdovou záhadou.
Zkusme ale nyní odložit pohled biologa i jeho předpoklady a) a b) a podívat se na to očima fyzika. Takže co tu vlastně máme - máme tady obrovitánskou dvoumetrovou makromolekulu zmuchlanou do klubíčka o průměru pouze několika tisíců průměrů jednotlivých atomů. Tento zmuchlanec se vždycky na některých místech porozvine, proběhne tam jakýsi přepis informace do RNA, pak se to zase zmuchlá a porozvine někde jinde, atd.. Jako fyzikální systém je to šílenost a každý fyzik od pokusů popsat dynamiku tohoto monstra dá raději ruce pryč, protože popsat to je aspoň dnes zhola nemožné. Jinými slovy, máme tady strašně složitý systém s tak komplikovanou dynamikou, že ve srovnání s ní jsou problémy např. turbulence pouhou procházkou růžovým sadem. Fyzici mají dodnes problémy popsat dostatečně věrně dynamiku molekul o jen několika desítkách atomů, a věrohodně řešit dynamiku molekuly sestávající z desítek miliard atomů (protože sestává ze tří miliard aminokyselin a každá aminokyselina řádově z desítek atomů) je věc naprosto vyloučená.
Z tohoto hlediska by se fyzik nemusel divit, že existují nějaké oblasti stability na této molekule, ale mohl by to vzít v potaz jako jistou vlastnost tohoto komplikovaného systému, která je podobná tomu, když se jiné složité systémy chovají jednou chaoticky a jindy naprosto uspořádaně. Vezměme si takové srdce - dnes už existuje celkem ucházející model srdeční aktivity, jenže se ukazuje, že tento model vykazuje znaky deterministického chaosu - srdce podle něj může celkem náhodně přecházet od dlouhodobých stavů, kdy funguje "řádně", k náhlým stavům "mimořádným", které odpovídají některým srdečním dysfunkcím. Teprve až tento fyzikální model srdeční aktivity odhalil překvapující skutečnost, že některé srdeční dysfunkce nejde nikdy zcela vyloučit, protože mohou nastat i u zcela zdravého srdce, prostě jen v důsledku toho, že se stavová trajektorie v tomto modelu může sama spontánně vydat do oblastí srdečních dysfunkcí. Bez tohoto fyzikálního pohledu by se toto poznání rodilo těžko, a to z toho důvodu, že samozřejmou tendencí při čistě lékařském pohledu bylo vidět každou srdeční dysfunkci jako jakousi anomálii, která musí mít nějakou svou konkrétní příčinu. A ono ejhle - některé srdeční anomálie žádnou zřejmou příčinu mít nemusí, protože jsou prostým důsledkem komplikovanosti dynamiky toho samotného systému.
Stejně tak i zde je možné, že ony ostrovy stability jsou jenom prostým důsledkem mnohonásobně složitější dynamiky té obří molekuly DNA. Třeba, až bude někdy v budoucnu - spíše vzdálenější - popsán dostatečně věrohodný model dynamiky celé DNA, tak se potom ukáže, že z pouhých dynamických důvodů jsou některé části DNA konzervovány, ačkoliv vůbec nic nekódují, prostě proto, že ta fyzika toho modelu k tomu vede stejně přirozeně, jako u toho modelu srdce vede k těm spontánním srdečním dysfunkcím.
Je možnost chráněné junk DNA tak nepochopitelná?
Mefisto,2004-10-27 17:16:58
Mám dvě myšlenky:
1) Především by nás podle mě nemělo udivovat, že se "organismus tahá s obrovským balastem" (pokud to je pravda). Vždyť přírodní výběr sice vede k dobře fungujícím organismům, ovšem díky své "slepotě" vytváří mnohé nedokonalosti (např. prý sítnice lidského oka není konstrukčně dokonalá), a nedojde k odhození některých již nepotřebných věcí. Je například nutné, aby každá buňka obsahovala kompletní genom? (možná to nějakou funkci kromě pomoci kriminalistům má - nejsem biolog). Vždyť by se například po vytvoření kmenové buňky mohla odstřihnout ta část DNA, která už nebude dále potřeba a veškeré kopírování by bylo rychlejší, snad by se i urychlil vývoj embria...
2) Řekněme, že obrana proti mutacím je nákladná a je řízena nějakým genem. Pak by přírodní výběr vedl k tomu, že se bude prosazovat ta verze genu, která více chrání junk DNA. Ta verse genu, která brání mutacím na funkční části DNA, bude převálcována tím jak se prosadí dokonalejší organismy vzniklé díky mutacím funkční části DNA.
Jistá analogie tady je v jiné realitě
Cecil,2004-10-28 00:01:53
Podívejme se na počítačové programy. Také prodělaly "vývoj" a z valné části si přinesly balastní kód z minulých verzí, který je v podstatě většinou k ničemu, někdy je zase nezbytný k uspokojivému fungování. Skrývají se v něm "vajíčka", která se aktivují jen v jistých silně specifických situacích. Je a není to junk kód. Podle toho, jak se to vezme. Biologie bude složitější. Měla na to víc času.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
