Den G - oslavy „děravého“díla
Den 26. června 2000 vešel do našeho povědomí jako „den G“. V Bílém domě ve Washingtonu si v přítomnosti amerického prezidenta potřásl rukou šéf mezinárodního konsorcia pro čtení lidské dědičné informace  Frank Collins s ředitelem soukromé genetické společnosti Celera Genomics. Tímto stiskem bylo stvrzeno, že lidstvo právě dočetlo svou vlastní dědičnou informaci. Začátkem roku 2001 oba týmy výsledky své práce publikovaly v prestižních vědeckých časopisech Nature a Science, což dojmu o konečném završení letitých snah dodalo punc oficiálnosti. Vždyť co je psáno, to je dáno.
Ve skutečnosti měly v té době obě soupeřící strany – soukromá společnost Celera a mezinárodní konsorcium placené ze státních pokladen zúčastněných zemí – v rukou jen tzv. draft čili „hrubý nárys“. Velké kusy lidské dědičné informace zůstávaly stále ještě nepřečtené. Tyto „díry“ zabíraly 10% oblastí DNA bohatých na geny a plnou třetinu úseků, kde se geny vyskytují jen zřídka a jež jsou vyplněny jen jakýmsi genetickým „blablabla“. Při četbě tří miliard písmen genetického kódu, jež tvoří lidskou dědičnou informaci, genetici na statisících místech kusy genetického „textu“ vynechali. Dokonce i ty slavně dočtené úseky měly k dokonalosti daleko. Byly plné chybně určených „písmen“ a celé dlouhé kusy DNA vědci usadili na nesprávné místo.
Ve chvílích, kdy Venter a Collins pózovali před televizními kamerami, jejich kolegové usilovně pracovali na nespočetných „správkách“. Koncem října 2004 oznámilo mezinárodní konsorcium, že dokončovací práce významně pokročily. V lidském genomu zůstává  už  „jen“ 341 „děr“. Souvisle „přečtené“ kusy DNA mají v průměru délku 38 milionů písmen genetického kódu. Oblasti bohaté na geny známe z 99% a pravděpodobnost výskytu chybně přečteného písmene se pohybuje na úrovni 0,001%.

Pohled do porodnice nových genů
Genetici došli v čtení lidského genomu daleko za cílovou čáru, kterou si na startu tohoto impozantního úkolu vytyčili. Dokončovací práce jsou obtížnější než vlastní „hrubé čtení“ a nejsou zadarmo. Projekt  čtení lidské dědičné informace se jimi prodraží na dvojnásobek. Už teď se ukazuje, že to nejsou peníze vyhozené oknem.
První pohled do „vyspraveného“ lidského genomu odhalil 1183 genů, které vznikly relativně nedávno tím, že si staré geny našich předků vytvořily kopii a ty postupem času začaly sloužit novému účelu. Podobnému „dublování“ podlehlo v evolučně nedávných dobách asi 5% lidské DNA. Genetici narazili  také na 37 „čerstvých hrobů“ – tedy míst, kde naši předci měli funkční geny, ale ty utrpěly těžká poškození a v naší dědičné informaci už nefungují. V neposlední řadě umožnila zdokonalená verze přečteného lidského genomu inventuru poznatků vytěžených na přelomu tisíciletí z „hrubého nárysu“. Ta do určité míry potvrdila staré přísloví „práce kvapná málo platná“. 
Dlouhé molekuly DNA nelze číst „na jeden zátah“ stejně jako nikdo nepřečte na jediné posezení celý román o dobrém vojáku Švejkovi.  Genetici čtou DNA po kouscích a ty pak „lepí“ dohromady. Soukromá společnost Celera použila k rychlému čtení lidského genomu velmi odvážný postup, při kterém je celá lidská DNA „rozsekána“ na malé kousky a ty jsou po přečtení velmi výkonnými počítači se speciálními programy kompletovány do souvislé řady písmen genetického kódu. Mezinárodní konsorcium vyšlo z pomalejší ale důkladnější metody čtení, při níž se v lidské DNA nejprve určí pevně „orientační body“ a podle nich se pak jednotlivé přečtené úseky dávají dohromady. Rychlost, s jakou Celera mohla lidskou dědičnou informaci číst, udělala na všechny genetiky velký dojem a „sekací“ technika čtení se rázem stala hitem. Nejnovější analýzy ji ale usvědčují z páchání vážných chyb především v těch místech DNA, kde se opakují úseky o více než 20 tisících písmen genetického kódu.

S málem dokáže překvapivě hodně
Největší šok přineslo zjištění, že lidé mají ještě méně genů, než kolik jich vědci před třemi roky nalezli v „hrubém nárysu“. Tady je namístě připomenout, že už první čísla přicházející v onen slavný „den G“ byla nečekaně nízká. Když čtení lidské dědičné informace startovalo, věřili vědci v existenci 100 tisíc lidských genů. Sázky na celkový počet lidských genů, které genetici uzavírali na internetu během čtení lidského genomu, však jasně naznačovaly, že ze své původní vize slevili. Většinou očekávali 50 tisíc genů. Francis Collins si vsadil na 48 000 genů. Z „hrubého nárysu“ ale vyplývalo, že člověka dělá člověkem něco kolem 35 tisíc genů. Poslední rozbory „vyspravené“ verze lidského genomu svědčí ve prospěch ještě nižších čísel a současné odhady sklouzly na pouhých 20 až 25 tisíc genů. Člověk se tak řádově dostává na úroveň počtu genů, jakým se pyšní jednoduší červíci Caenorhabditis elegans. Ti vystačí rovněž s 20 tisíci genů. Rostliny nás počtem genů dokonce daleko předčí, protože například kukuřice může mít kolem 50 tisíc genů.
Člověk dokáže s překvapivě malým počtem genů překvapivě mnoho. Tajemství lidské výjimečnosti zřejmě tkví v organizaci a souhře našich genů. Taje tohoto genetického „souladu“ ale zatím zůstávají z drtivé většiny nepoznány. Už dnes sice známe některé geny, které našim předkům zcela jistě dopomohly k významným evolučním úspěchům, ale ani všechny dohromady by zjevně nestačily k proměně šimpanze v člověka.

Co se bude číst
Zhruba 20% rozptyl posledního odhadu počtu lidských genů naznačuje, že ani tyto cifry nejsou konečné. Ruku do ohně by genetici dali jen za spodní hranici, protože zatím spolehlivě prokázali existenci 19 599 lidských genů. Při dalším pátrání zřejmě nevystačíme jen s pohledem do lidské DNA. Lidské geny nám pomůže odhalovat i výzkum DNA našich bližších i vzdálenějších živočišných příbuzných. V současné době jsou ze savců „přečteni“ nebo alespoň „ slušně rozečteni“ myš, potkan, šimpanz, makak rhesus, skot, pes, vačice a ptakopysk. V dohledné době by se k nim měli připojit bližší příbuzní člověka  - orangutan, gibbon, jihoamerická opička kosman a drobný madagaskarský lemur maki trpasličí. Ze vzdálenějších příbuzných stojí v¨pomyslné frontě na „přečtení“ své DNA rejsek, ježek, kočka, slon, pásovec, madagaskarský hmyzožravec bodlín či morče, jež možná nahradí některý z četných netopýrů.
Cesta k úplnému „přečtení“ lidské DNA bude ještě dlouhá. Stále ještě  zbývá dočíst asi 20% oblastí, které jsou chudé na geny. Jejich „louskání“ představuje zapeklitý úkol, protože se tu mnohé motivy DNA mnohonásobně opakují a stávající techniky čtení DNA jsou pro takový úkol nešikovné. Neměli bychom se proto cítit zaskočeni, až někdy kolem roku 2010 vědci „opět“ ohlásí definitivní přečtení lidské dědičné informace. Bude to znamenat, že si se zapeklitými opakujícími se úseky konečně poradili. Ani pak ale nebudeme úplně rozumět tomu, jak lidská dědičná informace funguje, co v ní rozhoduje o tom, že jako jediní tvorové na této planetě dokážeme zkoumat sami sebe a svět kolem nás.

Ostrovy genetické stability
Trenér fotbalového týmu, který by provedl zásadní změny v kádru mužstva po výhře nad Realem Madrid, by si asi musel hledat nové působiště. Zlaté pravidlo koučování při kolektivních sportech zní: Neměň vítěznou sestavu! 
Dědičná informace ctí tuto zásadu možná ještě poctivěji než trenéři. Pokud se některá její část osvědčila v každodenním boji o přežití, jsou jakékoli její změny nežádoucí. K těmto změnám sice neustále dochází, ale nemají šanci na úspěch. Tu a tam se v třech miliardách písmen genetického kódu naší dědičné informace nějaké to písmenko ztratí nebo zatoulá. Naděje, že to přinese změnu k lepšímu, je stejně mizivá, jako vylepšení jízdních vlastností auta nárazem do zdi. Nositelé drtivé většiny náhodných změn v důležitých a osvědčených částech dědičné informace jsou na tom hůř než konkurenti, které tato změna nepostihla. V neúprosném soupeření se neprosadí, nezplodí potomky a jejich nová varianta dědičné informace se ocitne v propadlišti evolučních dějin. Stručně si tyto komplikované procesy můžeme shrnout do zásady „co je důležité, to se nemění“.
Když se v genetických databázích objevila vedle kompletně „přečteného“ genomu člověka i dědičná informace myši, otevřela se genetikům možnost poohlédnout se po takových důležitých a neměnných úsecích. Pátrání přineslo šokující zjištění. Člověk sdílí s myší asi 5% dědičné informace a ta se za 75 milionů let vzájemně odděleného vývoje výrazněji nezměnila. Pět procent bylo nepříjemně mnoho, protože geny tvoří jen asi 1,5 % lidského genomu. Zbytek zabírá  „genetická vycpávka“, jíž genetici nepřipisovali větší význam. Genetik Sydney Brenner zavedl pro tuto „genetickou vatu“ anglický termín „junk DNA“ tedy cosi jako „harampádí v DNA“. Když se rozhodovalo o strategii čtení lidského genomu, zaznívaly velmi silně hlasy požadující, aby se „junk DNA“ jednoduše přeskočila. Takové čtení by bylo jednodušší, rychlejší a hlavně lacinější. Naštěstí zvítězil velkorysejší názor, že se vyplatí nešetřit časem, námahou ani penězi.
Srovnání lidského a myšího genomu naznačovalo, že právě v genetické „vycpávce“ se nachází podstatná část  neměnných a tudíž velmi důležitých úseků DNA. Genetici z ženevské university vedení Stylianosem Antonarakisem se pokusili zjistit, jak moc těchto „ostrovů genetické stability“ savci mají. Vybrali si k tomu 220 úseků DNA, které spolu sdílejí myši a lidé a které s jistotou neobsahují  žádné geny. Po obdobných kusech evolučně stabilní DNA se porozhlédli v dědičné informaci dalších dvanácti druhů savců. Byli mezi nimi vývojově tak odlišní tvorové jako je makak a ptakopysk. Většina lidských neměnných kusů DNA měla obdobu v dědičné informaci alespoň jednoho zvířecího druhu. Plná čtvrtina se vyskytovala alespoň u 10 z 12 zkoumaných zvířecích druhů. Ty, které se objevily v dědičné informaci všech 12 prověřovaných živočichů, vykazovaly úžasnou odolnost ke změnám. Udržely se v dědičné informaci savců prakticky beze změny po dobu 330 milionů let. Dokonce i na změny velmi choulostivé geny se mění dvakrát častěji než tyto genetické ostrovy stability. Je jasné, že jde o veledůležité kusy dědičné informace, jejichž proměny měly pro své nositele fatální následky. Přesný počet „ostrovů stability“  v lidské dědičné informaci neznáme.  Odhaduje se, že by jich mohlo být asi 60 000. To je zhruba dvakrát více, než kolik máme genů.
Významné objevy nabízejí více nových otázek než kolik poskytly odpovědí. V tomto případě ta nejdůležitější otázka zní: K čemu jsou nám „ostrovy stability“ dobré? Poctivá odpověď zní: Nevíme! Snad jsou  to jakési plynové a brzdové pedály, na které v dědičné informaci „dupou“ bílkovinné molekuly schopné brzdit nebo akcelerovat práci vybraných genů. Jenže mnoha genetikům se zdají „ostrovy stability“ pro tento účel příliš velké. „Nožka“ regulačních  bílkovin jim připadá ve srovnání s pedálem  „ostrova stability“ neúměrně malá.
Objev „ostrovů stability“ proto inspiruje genetiky k dalším experimentům. Můžeme jen fantazírovat o tom, co nakonec zjistí. Možná se ukáže, že  nás  poruchy „ostrovů genetické stability“ činí náchylnými k závažným chorobám. Možná najdeme „ostrovy stability“ typické jen pro lidskou dědičnou informaci a ty se pak stanou horkými kandidáty na úseky dědičné informace zodpovědné za to, že se živočišný druh Homo sapiens přírodě vymkl z rukou. Možná nenajdeme nic z toho… 

Lidský chromozom Y

Muži se liší od žen 78 geny. Některé se podílejí na tvorbě spermií, jiné sehrávají dosud neznámou roli v mužském mozku. Přečtením „mužské porce“ dědičné informace svitla šance na účinnější boj s neplodností.

Gen pro Homera Simpsona?
Pravidla chlapské cti říkají, že muže dělá slovo. Z analýz amerických genetiků vedených Davidem Pagem z Whitehead Institute for Biomedical Research však vyplývá, že muže tvoří 78 genů uložených na mužské porci dědičné informace – na chromozomu Y. Jsou mezi nimi podle očekávaní geny předurčující vznik mužských pohlavních orgánů a řídící tvorbu spermií. Najdou se tu však i geny, které jsou aktivní v celém těle a trojice „mužských“ genů dokonce sehrává určitou roli v mozku. Nikdo neví, k čemu jsou „mozkové“ geny mužům dobré a jak se  projevuje jejich absence u žen. Zatím jsou předmětem genetických vtípků, podle kterých dodávají zástupcům silnějšího pohlaví vlastnosti televizní postavičky  Homera Simpsona – tedy sklon k pospávání na pohovce, vysedávání u televizoru, čtení novin a pití piva.
„Dostaly se do lidského chromozmu Y dávno poté, co se od sebe oddělily vývojové větve lidí a šimpanzů,“ říká o záhadných „mozkových“ genech Pageův kolega Steve Rozen. „O tom, jakou vývojovou výhodu předkům člověka přinesly, můžeme zatím jen spekulovat.“
Odhalená genetická tajemství mužů slibují řešení závažných problémů současnosti. V západním světě se zhruba každý sedmý manželský pár potýká s neplodností pramenící z nízké kvality mužových spermií. Na vině bývají kromě jiného i chyby v mužských genech. Techniky tzv. asistované reprodukce (lidově označované jako „oplození ve zkumavce“) umožňují početí dítěte i těmto párům. Zároveň tak zadělávají na problémy s neplodností dalším generacím, protože „kluk ze zkumavky“ může otcovy poškozené geny zdědit. Až se jednou rozhodne zplodit vlastní potomky, bude nucen zaklepat na dveře kliniky stejně jako jeho tatínek. Nekonečnému předávání poškozených „genů plodnosti“ by mohla jednou provždy učinit přítrž teprve léčba přenosem „zdravých“ genů .

Savci vyměnili teplo za samčí chromozom
Čtení lidského chromozomu Y rozhodně nebyla procházka růžovou zahradou. Dědičnou informaci čtou genetici po kouscích, které pak za pomoci speciálních programů a výkonných počítačů skládají dohromady.
„Většina lidské dědičné informace je jako velká puzzle,“ vysvětluje David Page. „Nějaký hezký obrázek je rozstřihán na tisíc kousků, které se dají při troše dobré vůle sestavit dohromady, protože jejich návaznost je na první pohled patrná. Jenže dědičná informace chromozomu Y je něco úplně jiného. Je to jako kdybyste skládali puzzli s obrázkem maličké plachetnice uprostřed modrého oceánu pod modrým nebem bez mráčků. Stovky dílků téhle skládačky vypadají úplně stejně. Když máte určit, kam přesně každý kousek patří, tak se notně zapotíte.“
Nejeden genetik pochyboval, že se dřina s čtením mužského chromozomu vůbec vyplatí.
„Vždycky jsem přemýšlel, mluvil a psal o chromozomu Y jako o odepsané věci,“ přiznává biolog Scott  Hawley ze Stowers Institute for Medical Research v Kansas City.
Kořeny despektu  genetiků vůči chromozomu Y sahají 300 milionů let do minulosti. Tehdy se objevil chromozom Y v dědičné informaci předků dnešních savců. Pravěcí plazi nic podobného nepotřebovali. U nich určovala pohlaví  teplota, při které se vyvíjel zárodek ve vajíčku. Ještě dnes se stejným způsobem řídí vývoj pohlaví u želv, krokodýlů nebo ještěrek. Z vajíček  želvy nádherné dobře známé i českým teraristům se při teplotách do 28,6oC vyvíjejí pouze samci. Z vajec inkubovaných při  teplotách nad 29,4oC se naopak klubou jen samice. V úzkém rozmezí teplot  28,6 až 29,4oC  se líhnou želvy obojího pohlaví. 
Savci si udržovali stálou tělní teplotu a jejich zárodek se vyvíjel v těle matky. Na změny teploty se proto nemohli spoléhat a potřebovali jiný způsob určení pohlaví. Této role se zhostil do té doby zcela všední pár chromozomů. Jeden „člen“ páru přijal roli „samčího faktoru“. Když chyběl, vyvíjel se zárodek jako samice. Jeho přítomnost předurčila zárodek k vývoji v samce.
Postupem času se oba pohlavní chromozomy odlišily natolik, že se přestaly chovat jako pár. To mělo pro samčí chromozom Y fatální následky. Chromozomy „žijící v párech“  si pomáhají. Mohou si vzájemně vyměňovat odpovídající úseky jako na genetické burze  a zbavit se tak poškozených míst. Chromozom X si tuto možnost udržel v dědičné informaci žen, ale chromozom Y o svého „obchodního partnera“ přišel. Se svým původním společníkem chromozomem X si dokáže vyměnit jen 5% obsahu a zbytek nemá s kým handlovat.
A tak prošel Y chromozom děsivou devastací. Smrskl na zlomek své původní velikosti a z více než 1000 genů, mu jich zbývá 78. Na milion písmen genetického kódu v něm připadá jediný gen, což je  třikrát méně, než bývá u lidských  chromozomů zvykem. Jeho taktak přežívající hrstka genů to má podle mínění mnoha genetiků spočítané. Nezadržitelný  rozklad  by měl  300 milionů let trvající evoluční kariéru chromozomu Y ukončit možná už za milion roků. Výsledky týmu Davida Pageho ale dávají chromozomu Y podstatně lepší vyhlídky.

Muži přežijí ještě 50 milionů let
 „Chromozom Y si dokáže své důležité geny velmi dobře chránit,“ říká Pageův spolupracovník Richard Wilson z Washington University v St. Louis. „Našel si k tomu své vlastní cestičky a tak bude i nadále přežívat, vyvíjet se a vzkvétat.“
„Vsadil bych se, že lidský chromozom Y vydrží nejmíň 50 nebo 60 milionů roků, pokud budeme mít štěstí a vydržíme tak dlouho jako živočišný druh,“ dodává Steve Rozen.
Jak to mužský chromozom dokáže? Důležité geny se nacházejí v chromozomu Y dvakrát – jednou jako „originál“ a podruhé jako „rezerva“ v podobě zrcadlově  převrácené kopie. Díky tomu může chromozom Y „handlovat“ své poškozené úseky sám se sebou a druhý chromozom pro opravářské výměny nepotřebuje.
„Jen jsem to uslyšel, tak jsem si řekl: Aha, no to je přeci jasné. Takhle to musí chodit! Jak to, že jsem na to dávno nepřišel sám?“ přiznává Scott Hawley a skládá Pageovu týmu poklonu. „Je to převratný objev!“
Obdiv si zasluhují i opravářské schopnosti chromozomu Y, který  tímto způsobem dává do pořádku u každého muže asi 600 chyb genetického kódu. Lékaři už prověřují, nakolik se chyby v „opravách“ podílejí na vzniku neplodnosti u mužů.

Ptakopysk – pohlaví velikosti XXXXXL

O tom, zda se z vejce australského ptakopyska vyklube „holka“ nebo „kluk“, rozhoduje pětinásobně komplikovanější systém než u ostatních savců.
Vědci v existenci ptakopyska nevěřili
Ptakopysk podivný si své české přízvisku bezesporu zaslouží. Tento pozoruhodný savec je potomkem tvorů, kteří obývali Zemi už před  210 miliony roků spolu s dinosaury.  Některé rysy dávných plazích předků si uchoval dodnes. Je to živočich natolik bizardní, že první zprávy, jež o něm dorazily z Austrálie do Evropy  v roku 1797, považovali slovutní učenci za mysliveckou latinu. Skeptiky nepřesvědčily ani první konzervované exempláře, které dovezly britské lodi ze zámořské kolonie o rok později. Prohlásili je za podvrh.  Dnes už o existenci ptakopyska nikdo nepochybuje. Spolu se třemi druhy ježur je řazen mezi tzv. ptakořitné savce a jako jejich zástupce se dostal i mezi tucet savců, jejichž DNA genetici usilovně „čtou“. 
Dědičná informace ptakopyska ale připravila přírodovědcům šokující odhalení ještě dávno předtím, než složité genetické aparatury „dolouskají“ její  poslední písmena genetického kódu. Genetické určení pohlaví je u ptakopyska zajišťováno systémem, na který bychom v souladu s označováním velikosti oděvů mohli s klidným svědomím našít visačku XXXXXL. Drtivá většina savců včetně člověka vystačí při určení pohlaví s dvěma pohlavními chromozomy X a Y. Ptakopysk má takových dvojic pohlavních chromozomů celkem pět. A jako kdyby to nestačilo, má tento savec na jednom z nich  i gen, kterým si určují pohlaví ptáci.

Holka nebo kluk?
Dědičná informace živočichů je  rozdělena do „porcí“ zvaných chromozomy. Dvojici tzv. pohlavních chromozomů připadá za úkol určit pohlaví. U savců předurčuje samici k jejímu pohlaví přítomnost dvou samičích pohlavních chromozomů X. Samčí pohlaví je určeno přítomností jednoho samičího pohlavního chromozomu X a jednoho samčího pohlavního chromozomu Y. 
Do pohlavních buněk – vajíček samic a spermií samců - ukládají savci jen polovinu své dědičné informaci.  Vajíčko či spermie tak  nese  po jednom ze všech chromozomů včetně chromozomů pohlavních. V případě samice je dělení chromozomů celkem jednoduché. Je vybavena párem chromozomů X a vytváří proto jen vajíčka s pohlavním chromozomem X. U samců je situace poněkud komplikovanější. Samec vybavený pohlavními chromozomy X a Y produkuje ve varlatech dva typy spermií – jedny nesou jen samčí chromozom Y, druhé naopak jen samičí chromozom X.
Mládě dědí jednu polovinu chromozomů od otce a druhou od matky. Od každého dostává i po jednom pohlavním  chromozomu.  Matka mu může s vajíčkem předat jen samičí chromozom X. Pohlaví potomka proto závisí na tom, jakou spermií bylo toto vajíčko oplozeno. Pokud do vajíčka pronikla spermie nesoucí chromozom X, získává potomek po jednom chromozomu X od otce i matky a vyvine se z něj samice. Pokud vajíčko oplodní spermie se samčím chromozomem Y, pak má potomek pohlavní chromozomy v konfiguraci XY a bude z něj samec.
Obecně se dá říci, že vývoj savců je naprogramován na samičí pohlaví. Výhybku k vývoji v samce přehodí jen přítomnost chromozomu Y s genem označovaným jako SRY. Gen SRY má na starosti tvorbu varlat a tím následně i vývoj dalších typických  samčích znaků.
U ptáků je pohlaví určeno opačně. Samec má dva stejné pohlavní chromozomy Z, samice je vybavena jedním chromozomem Z a jedním „samičím“ chromozomem W, na kterém sehrává klíčovou roli v určení pohlaví gen označovaný jako DMRT1.

Pětkrát určené pohlaví
Ptakopysk má dědičnou informaci rozdělenou do 26 chromozomů, ale vědci se nemohli dlouho shodnout, které z nich určují pohlaví. Není divu, že pátrání po páru pohlavních chromozomů vycházela naprázdno. Australští biologové Jennifer Gravesová a Frank Grützer z Australian National University v Canbeře zjistili, že ptakopysk má hned pět párů pohlavních chromozomů. Samice nesou v buňkách pohlavní chromozomy v konfiguraci XXXXXXXXXX. Vývoj samce zajišťuje konfigurace pohlavních chromozomů XYXYXYXYXY. Každý z pětice X či Y chromozomů je jiný a nese odlišné geny. Ptakopysk tak zcela zastínil jihoamerické vřešťany, kteří byli považování díky dvěma párům pohlavních chromozomů za evoluční raritu.
Vlastnictví tak početné sady pohlavních chromozomů v sobě skrývá úskalí v podobě zmatků  při dělení pohlavních chromozomů do pohlavních buněk. Samci všech savců  podělí vznikající spermie o dvojici pohlavních chromozomů X a Y. Ptakopysk však musí rozdělit pět dvojic a přitom nesmí dovolit, aby se ve spermiích chromozomy  X a Y pomíchaly. Spermie musí nést jen dvě konfigurace pohlavních chromozomů - XXXXX nebo YYYYY.   „Smíšené“ spermie, např. s  kombinacemi pohlavních chromozomů XXYYY, YXYXY nebo YYYXX, by nedaly vzniknout životaschopným potomkům.. Jenny Gravesová přišla spolu s Frankem Grützerem na kloub i téhle záhadě. Než se začnou chromozomy dělit do pohlavních buněk, vytvoří X chromozomy a Y chromozomy řetěz a putují do nově vznikající pohlavní buňky vždycky společně.
Ani tím však výčet genetických rarit v určení pohlaví ptakopysků nekončí. Poslední z pěti  X chromozomů označovaný jako X5 nese gen DMRT1, který určuje pohlaví ptáků. Jeho úloha při určení pohlaví ptakopyska není jasná. Stejně tak zůstávají záhadou i důvody vzniku tohoto velmi komplikovaného systému určení pohlaví u ptakopyska.

Genetici odhalili překvapivé rozdíly mezi lidmi a šimpanzi

Nečekaně velké rozdíly odhalil první detailnější pohled do dědičné informace člověka a jeho nejbližšího příbuzného – šimpanze. Pátrání po genetických základech „lidskosti“ se výrazně zkomplikovalo.

V lidských genech jsou četné vsuvky
Tým pětačtyřiceti japonských, německých a čínských genetiků sdružených do „Mezinárodního konsorcia pro 22. šimpanzí chromozom“ přečetl jednu z porcí šimpanzí dědičné informace –chromozom 22. Získaná data srovnali vědci s odpovídající porcí dědičné informace ukryté v lidském chromozomu 21. Ten byl úspěšně „přečten“ už před třemi roky 
Výsledky zveřejněné v britském přírodovědném časopisu Nature otevřely mezi člověkem a šimpanzem netušenou propast. První analýzy nenaznačovaly velké drama. Mezinárodní tým potvrdil, že se od svého nejbližšího zvířecího příbuzného lišíme zhruba v 1,5% písmen genetického kódu. Detailnější rozbory ale odhalily, že lidé a šimpanzi mají ve svých dědičných informacích napsány velmi podobnou sadou písmen poměrně odlišné genetické „texty“.
Největší rozdíl připadá na vrub úseků „vyškrtnutých“ nebo naopak „vložených“ do „základního textu“ DNA.Genetici jich nalezli ve zkoumaných chromozomech skoro 68 000. Jeden připadá na každých 470 písmen genetického kódu. Většina „odstavců“ není roztažena na více než 30 písmen genetického kódu, ale najdou se i poměrně rozsáhlé vsuvky čítající až 54 000 písmen (asi desetinásobek písmen tvořících tento článek). Mnohé z delších „odstavců“ obsahují tzv. transpozony. Ty si můžeme představit jako úseky dědičné informace vybavené schopností „genetických skoků“. Trasnspozonoví „skokani“ jsou uzpůsobení k tomu, aby vytvářeli své vlastní kopie a zabudovávali je na nová místa dědičné informace. V praxi to vypadá, jako kdyby transpozon přeskočil na nové místo.
Přítomnost genetického odstavce u člověka a jeho absence u šimpanze ještě neznamená, že se člověk během své evoluce o tuto část DNA obohatil. Stejně pravděpodobným vysvětlením je i situace, kdy daný „odstavec“ tvořil nedílnou součást dědičné informace předka lidí a šimpanzů a šimpanzi jej v následujících 5 až 6 milionech  samostatného vývoje ztratili. O tom, zda se jedná o „ztrátu“ nebo „nález“ rozhodne  srovnání vybraného úseku DNA u lidí, šimpanzů, goril a orangutanů. Vědci z mezinárodního konsorcia tak prověřili genetické „odstavce“ s více než 300 písmeny a zjistili, že člověk si během svého vývoje vložil do DNA mnohem více vsuvek než šimpanz. Zvláště čile se měli k světu „genoví skokani“ našich předků. Mnozí genetici byli jejich  rozsahem a počtem zaskočeni.
„Tým mezinárodního konsorcia nakonec našel mezi člověkem a šimpanzem mnohem více odlišností ve vložených a vypuštěných úsecích, než kolik jich nalezli v pořadí jednotlivých písmen genetického kódu,“ podivoval se genetik Matthew Webster působící na universitě ve švédské Uppsale. „Rozhodně jsme nečekali, že se do genů mohou vložit tak dlouhé úseky bez toho, že by se narušila jejich funkce.“

Pátrání po „člověčích“ genech se komplikuje
Genetici odhalili, že pouhých 17% z 231 genů skrývajících se  ve zkoumané části lidské a šimpanzí DNA se u člověka a šimpanze naprosto shoduje. Neznamená to, že ostatní geny mají odlišnou funkci. Mnohé jejich změny jsou spíše kosmetické. Zhruba pětina genů jsou však změněna tak zásadně, že zřejmě fungují jinak. Dokládá to i inventura „bdících“ nebo „spících“ genů ze zkoumaného lidského a šimpanzího chromozomu v játrech a mozku.
Lidé a šimpanzi mají asi pětinu genů zapnutu odlišným způsobem. Geny, které má šimpanz v DNA „zabržděné“ pracují v lidské DNA na plný plyn a naopak. Pokud platí tento poměr i pro zbytek DNA, pak mají lidé a šimpanzi v těle odlišně pozapínány tisíce genů.
O čtení šimpanzí dědičné informace vedli genetici velké spory. Podle jedněch se to vyplatí, protože  v nápadně shodné DNA lidí a šimpanzů vyniknou rozdíly, které nás odlišují od zvířat. Jejich odpůrci tvrdí, že z praktiky totožné dědičné informace lidí a šimpanzů nic důležitého nevyčteme a že bychom se měli soustředit na čtení DNA jiných, mnohem zajímavějších pozemských stvoření.  Výsledky práce mezinárodního genetického konsorcia prokázaly, že čtení šimpanzí DNA byl správný krok. Zároveň však odhalily, že pátrání po specificky lidských dědičných předpokladech v nepřehledné genetické džungli bude komplikovanější, než jsme se ještě nedávno domnívali.
Názor, že bychom měli na šimpanze nahlížet jako „lidi v chlupaté kůži“ založený na dřívějších analýzách naznačujících drtivou shodu lidské a šimpanzí dědičné informace utrpěl porážku. Jeho zastánce však výsledky mezinárodního konsorcia nepřesvědčily.
„Analýzy ukázaly, jak podobné si šimpanzí a lidská dědičné informace jsou,“ prohlásil Derek Wildman z americké Wayne State University. „Autoři studie sice zdůrazňují rozdíly mezi šimpanzi a lidmi, ale na mě z toho celého kouká jen jediné – jak jsou si lidé a šimpanzi podobní.“
Wildmanova  reakce připomíná historku tradovanou o britském admirálovi Nelsonovi. Když dostal při jedné bitvě z velící lodi signál, aby se stáhl z boje, odmítl ustoupit.
„Ale oni vám to poroučejí, sire. Podívejte se na jejich signalizaci,“ namítl jakýsi důstojník.
Nelson si prý přiložil dalekohled k oku, o které kdysi přišel v boji, a prohlásil: „Nic nevidím.“

Přečtené genomy ryb odkryly dávnou historii lidstva

Vědci rekonstruovali dědičnou informaci předka lidí a ryb, který se proháněl pravěkými moři před 400 miliony roků.

Co čtou genetici?
Čtení lidské dědičné informace pokračuje nejrůznějšími správkami a dodělávkami. Ve stímu jeho popularity ale probíhá čtení dědičné informace pestrého společenstva pozemských organismů. Kromě člověka jsou v současné době ze savců „přečteni“ nebo alespoň „ slušně rozečteni“ myš, potkan, šimpanz, makak rhesuse, skot, pes, vačice a ptakopysk. Biologové doufají, že se k nim v dohledné době připojí hned několik primátů - orangutan, gibbon, jihoamerická opička kosman a drobný madagaskarský lemur maki trpasličí. K „přečtení“ DNA je navrhován rejsek, ježek, kočka, slon, pásovec, madagaskarský hmyzožravec bodlín, morče nebo některý z netopýrů.
Pohledy do dědičné informace těchto tvorů nám napoví mnohé nejen o nich samých, o historii jejich evoluce, ale prozradí nejeden zajímavý a důležitý fakt i o člověku. Názorně to dokládá srovnání lidské dědičné informace se zcela nedávno dočteným geonomem drobné rybky Tetraodon nigroviridis. Ta je po rybě Takifugu rubripes už druhým „přečteným“ zástupcem ryb ze skupiny čtverzubců. Oba čtverzubci pocházejí z východní Asie a na první pohled toho nemají mnoho společného. Mořský čtverzubec fugu (Takifugu rubripes) dorůstá délky kolem 70 cm a je považován v Japonsku, Číně a Koreji za vyhlášenou pochoutku. Hostina na tenkých plátcích jeho bílého masa má silný nádech dobrodružství, protože jeho kůže a obsahují silný bakteriální jed tetrodotoxin. Neopatrnost kuchaře, který maso potřísnil sekretem kůže nebo obsahem vnitřností, může stát labužníka život. Druhý z čtverzubců obývá řeky a dorůstá délky kolem 15 cm. Blíže je znám snad jen akvaristům.

Myši s vymazanou  DNA
Genetici si na čtverzubcích cení především jejich „kapesní“ dědičné informace. I když mají zhruba tolik genů jako člověk a další obratlovci, stačí jim na jejich uložení asi osmkrát kratší DNA. Čtverzubci mají ve srovnání s dalšími tvory minimum genetické „vycpávky“, jež se nachází v DNA mezi jednotlivými geny. O významu této „zbytečné“ DNA vedou odborníci sveřepé spory. Mnozí tvrdí, že si označení „zbytečná“ plně zaslouží. Pro některé úseky to zcela jistě platí. Nedávno získal tým amerických vědců vedených Edwardem Rubinem z kalifornské  Lawrence Berkeley National Laboratory myši, kterým ve „zbytečné“ DNA chybí více než milion písmen genetického kódu. Žádný z rozsáhlé baterie testů neodhalil na těchto myších odchylku od normálu – těší se perfektnímu zdraví, chovají se, jak se na normální myš sluší a patří. Rubin už dokonce získal myši, jimž „vymazal“ ze „zbytečné“ DNA plné tři miliony písmen  genetického kódu – opět bez zjevných nepříznivých  následků pro zvířata z takto „zkrácenou“ dědičnou informací.
Řada genetiků unáhlené závěry o zbytečnosti „zbytečné“ DNA odmítá. Například americká genetička Barbara Knowlesová z Jackson Laboratory v Bar Harboru varuje, že mnohé defekty mohly pozornosti Rubinova týmu přeci jen uniknout. Další americký genetik  David  Haussler zase upozorňuje na skutečnost, že výsledků bylo dosaženo u laboratorních myší chovaných v „pokojových“ podmínkách.
„Přežít po několik generací v laboratoři není jedno a totéž jako přežívat po miliony roků ve volné přírodě.  Tím nejdokonalejším testem životaschopnosti je teprve darwinovský přirozený výběr,“ říká David Haussler.
V poslední době jsme ale stále častěji svědky objevů, které naznačují, že „zbytečná“ DNA může být ve skutečnosti velmi důležitá. Zdá se, že se v ní skrývají „spínače“ pro geny důležité pro zahájení vývoje zárodku. Rozhodnout tyto spory nebude lehké, ale  právě čtverzubci a jejich „úsporná“ DNA by v tom mohla být velmi užitečná..

Ohlédnutí 400 milionů let zpátky
Srovnání lidské DNA s genomem sladkovodního čtverzubce Tetraodon nigroviridis umožnilo biologům dokonce nahlédnout hluboko do dějin vývoje pozemského života. Umožnilo jim vytvořit si rámcovou představu o uspořádání dědičné informace ryby, jež před 400 miliony lety stála na prahu klíčového momentu evoluce, v němž se od vývojové větve paprskoploutvých ryb, k nimž patří nejen čtverzubci ale i nám mnohem bližší kapr, pstruh, štika, sardinka nebo tuňák, oddělila vývojová větev ryb lalokoploutvých reprezentovaných dnes už jen „živou zkamenělinou“ latimérií a ryb dvojdyšných, jejichž zástupci bahníci jsou s to dýchat jak ve vodě, tak i na vzduchu. Větev bahníků a latimerií nastartovala vývoj, na jehož konci povstal i náš živočišný druh.
Hrubá představa o dědičné informaci dávného společného předka člověka a čtverzubců nám nedovolí určit, jak tato ryba vypadala ani kde žila. Genetici nepochybují o tom, že měla dědičnou informaci rozdělenou do 12 párů „porcí DNA“, tzv. chromozomů. Dovedou si také udělat rámcovou představu, které geny jednotlivé chromozomy nesly. Díky tomu si můžeme udělat představu, jakými cestičkami se od té doby ubíral vývoj genomu našich předků a jakými změnami prošla dědičná informace ryb. Ukazuje se, že člověk a jeho dávní předci svou dědičnou informaci od základů „překopali“. Jejich chromozomy vzájemně splývaly, dělily se nebo se v nich navzájem vyměňovaly dlouhé úseky DNA. Ryby prošly jinou cestou. Jejich chromozomy zůstaly celkem netknuty, zato se jim v jednom z klíčových momentů evoluce zdvojila celá jejich DNA. V porovnání s člověkem mají tedy celou řadu genů hned ve dvou provedeních.

Proč máme velký mozek

Už před sedmi miliony roků měli naši zvířecí předci gen pro velký mozku. Tuto dispozici ale zúročili se zpožděním pěti milionů let – poté, co jim dědičný defekt oslabil žvýkací svaly.

Záhada přistěhovalců se zakrnělými mozky
Všechno začalo v roce 2001 na basebalovém stadionu. Harvardský neurolog Christopher Walsh pozval britského kolegu Geoffreyho Woodse na zápas bostonských  Red Sox. Jenže vzácná návštěva ze země holdující kriketu a fotbalu projevovala nad  „strajky“ a „houmrany“ jen malé nadšení. Woods se nudil a uprostřed fandícího davu začal  svému hostiteli vyprávět o tom, co jej v poslední době nejvíc vzrušovalo – o rodinách, které se přistěhovaly do Británie ze severního Pákistánu poté, co jim nově zbudovaná přehrada zatopila domovy.
„Sňatky mezi příbuznými jsou u nich na denním pořádku,“ překřikoval Woods bouřící tribuny. „Zřejmě proto se u nich často vyskytuje těžká dědičná  mikroencefalie.“
V té chvíli ztratil zájem o dění na hřišti i Walsh. Mikroencefalie se projevuje dramatickým zmenšením mozku. A geny zodpovědné za tenhle defekt zajímaly Walshe už dlouhá léta.
„Postižení lidé nemají ve srovnání se zdravou populací mozky ani třetinové,“ zaníceně vysvětloval Woods. „Mají mozky velké jako australopitéci, kteří žili před třemi miliony roků. Už jsme zjistili, v kterém místě dědičné informace dochází u lidí s mikroencefalií k poruše. Ale gen pořád nemáme.“
Než rozhodčí odpískali konec zápasu, dohodl se Walsh s Woodsem na společném pátrání po záhadném genu. V databázích s údaji o lidské dědičné informaci odhalili v oblasti svého zájmu geny hned čtyři. Který z nich je ten pravý? Walsh věřil v gen nesoucí označení ASPM. Woods dával přednost třem zbývajícím. Sázku o „basu piv“ vyhrál Walsh. Pákistánští vystěhovalci mají poškozen gen ASPM. Právě tento gen tedy rozhoduje o tom, že člověku naroste velký mozek s mohutně vyvinutou mozkovou kůrou. Poškození genu zabrání růstu mozku a člověka odsoudí k mentální retardaci.
Zajímavě dopadlo srovnávání genu ASPM u různých živočichů. Čím větším mozkem se tvor pyšní, tím delší má gen ASPM a tím delší je i bílkovina, která se podle tohoto genu vyrábí. Gen se prodlužuje o kopie úseku tvořeného 60 písmeny genetického kódu. Gen červů obsahuje jen dvě kopie. O poznání chytřejší mušce octomilce gen ASPM „nakynul“ dvaceti čtyřmi kopiemi, myší gen jich obsahuje 61 a gen šimpanze a člověka dokonce 74.

Vývoj člověka mohl začít před 7 miliony roků
Walsh a Woods byli daleko tomu, aby připisovali vývoj mozku jedinému genu.
„Velkost mozkové kůry u člověka a dalších živočichů je zřejmě dirigována mnoha různými geny,“ říká Christopher Walsh. „Některé z nich mohly vyvolat změny, které umožnily vznik a následný vývoj primátů. Jiné kdysi stály v pozadí změn, jež oddělily člověka od šimpanze.“
Už první genetické analýzy naznačovaly, že gen ASPM prošel během vývoje člověka velice dramatickými proměnami, které jiné živočichy minuly. Stály právě tyto proměny genu ASPM u zrodu jedinečných schopností lidského mozku? Člověk má tělo jen o pětinu těžší než jeho nejbližší zvířecí příbuzný šimpanz. Hmotností mozku jej ale překonává 2,5krát. Počátky této revoluční proměny spadají do období před 2,5 miliony roků, kdy australopiteky s mozkovnou o objemu necelých 500 kubických centimetrů vystřídali první lidé s mozkovnami o objemu přesahujícím 700 kubíků. Co se asi v téhle klíčové době stalo s genem ASPM?
Nejnovější genetické analýzy provedené Walshovými a Woodsovými spolupracovníky v National Cancer Institute v americké Bethesdě, v kalifornském Genetic Information Research Institute a dalších výzkumných stavech a universitách umožnily zevrubné porovnání genu ASPM člověka, šimpanze, gorily, orangutana a makaka rhesuse. Výsledky zveřejněné ve vědeckém časopise PLoS Biology jsou skutečně překvapivé. Dokazují, že gen ASPM získal schopnost nastartovat vývoj velkého mozku s rozsáhlou mozkovou kůrou už v dobách, kdy Zemi obýval dávný společný předek člověka a dnešních lidoopů. Kdyby záleželo jen na genu ASPM,  mohl se první člověk objevit už před 7 až 8 miliony roků.
Nově utvářený gen dovoloval našim dávným předkům namnožit v mozku obrovskou masu neuronů a to bez velkých chyb. To je schopnost doslova revoluční. Gen ASPM ostatních živočichů nic podobného neovládá. Myší gen ASPM má při růstu mozku na starosti poměrně malé množství neuronů. Přesto se plná třetina množících se buněk v mozku myšího plodu  nedělí spravedlivě o svou dědičnou informaci. Myš má proto v neuronech genetický nepořádek.  Některé části dědičné informace v nich chybějí a jiné naopak přebývají.

Čekání na slabou čelist
Proč ale pravěcí lidoopi otáleli se zvětšením mozku 5 milionů let? Na co čekali? Odpověď na tuto otázku nabízí v posledním březnovém čísle vědeckého časopisu Nature americký odborník na dědičné choroby svalů Hansell Stedman z Pennsylvania Muscle Institute ve Philadelphii. Jeho tým odhalil ve žvýkacích svalech opic novou bílkovinu, jež patří do početné rodiny tzv. těžkých myozinových řetězců. Podobně jako jiné myoziny vystupuje i tato bílkovina v roli „strojovny“ pohánějící svalové vlákno při práci. Myozin vyráběný podle genu MYH16 dodává opičím v čelistem sílu louskáčku na ořechy. Stejný gen má i člověk. Jenže mu z něj v jednom místě vypadla dvě písmena genetického kódu. Na první pohled zanedbatelná ztráta měla dalekosáhlé následky.
Písmena genetického kódu tvoří v dědičné informaci jakási „slova“ složená ze tří písmen. Výpadek dvou písmen vede k posunu písmen v následujících slovech a ta se promění v „genetický blábol“. Podobně dopadne věta „Náš syn spí sám.“, která se po ztrátě písmen  „áš“ změní  na nesmyslné  „Nsy nsp ísá m.“ Lidský gen v důsledku „posunu písmen“ vyrábí ve žvýkacích svalech molekulu myozinu, které je ve srovnání s jejím opičím protějškem jen třetinová a navíc je náchylná k rozpadu. Naše čelisti proto vládnou desetkrát menší silou, než jakou vyvine při drcení potravy gorila nebo šimpanz.
Stedmana zajímalo, kdy k tomuto genetickému oslabení žvýkacích svalů člověka došlo. Srovnáním nepoškozené části genu MYH16 u člověka a ostatních primátů.došel k závěru, že lidé ztratili sílu čelistních svalů před 2,4 miliony roky. To je v historii lidstva významný mezník, protože právě v té době se z australopiteků, kteří se svým zhruba čtyřsetgramovým mozkem  příliš nelišili od dnešních lidoopů, vyvinuli první lidé, jejichž mozky se začaly prudce zvětšovat. Podle Stedmana to není náhoda. Mohutné žvýkací svaly australopiteků se upínaly na hřeben čelní kosti, jaký mají i dnešní gorily. Tah svalů na lebku byl tak obrovský, že to vedlo k časnému uzavírání lebečních švů. Lebka „ztvrdla“ dřív, než stihl mozek pořádně narůst. První lidé ale měli žvýkací svaly slabé a jejich lebky nebyly podobnému tlaku vystaveny. Díky tomu si jejich lebka udržovala určitou „volnost“ a mohla spolu s mozkem růst mnohem déle. Dispozice získaná  před 7 či 8 miliony roků změnami genu ASPM předurčujícího naše předky k růstu mozku se tak konečně uplatnila.
„Je to nádherná ukázka téměř detektivní práce, která je obrovským přínosem pro biologii, medicínu, evoluční biologii a molekulární genetiku,“ ocenil výsledky Stedmanova týmu Frederick S. Kaplan, profesor molekulární medicíny na University of Pennsylvania.
Pro jiné vědce představuje Stedmanova „žvýkací teorie“ nestravitelné sousto. Například Daniel Lieberman z Harvard University namítá, že kostní  hřeben na temeni neomezuje růst lebky. Šimpanzům roste lebka do tří let věku, ale kostní hřeben se jim vytváří až o pět či šest let později.
„Růst lebky určuje z valné části sám mozek,“ tvrdí Lieberman. 
Tento harvardský evoluční biolog také nevěří, že se mozek mohl zvětšit hned jak se předkům člověka oslabily žvýkací svaly. Podle něj by zůstali tito tvorové mnoho tisíciletí napospas drsné přírodě s čelistmi, jež už ztratily sílu, a s mozkem, který ještě nenarostl. Proti bezprostřednímu prudkému nárůstu objemu mozku svědčí podle Liebermana i nálezy ostatků pravěkých lidí, kteří měli ještě před 1,8 milionu roků poměrně malou mozkovnu.
Stedman ale tvrdí, že i malé zvětšení mozku mohlo přehodit vývoj předků člověka na novou evoluční kolej. Stedmanova kolegyně Nancy Minughová-Purvisová navíc dodává, že pro první lidi nemusely být oslabené žvýkací svaly příliš  velkým handicapem, pokud změnili jídelníček a začali místo velkých kvant rostlinné potravy konzumovat menší, ale o to vydatnější porce masa. 

Genetické poradenství
Mikroencefalie projevující se redukcí mozku a mozkové kůry postihuje ve zvýšené míře obyvatelstvo Asie od Jordánska až po Indii. Souvisí to s tamním zvykem uzavírat sňatky mezi blízce příbuznými. Děti narozené z těchto svazků  mají zvýšenou šanci zdědit od obou rodičů poškozený gen. Mikroencefalii provází i mentální retardace. Objev genu  ASPM je nesmírně důležitým krokem v boji s touto poruchou. V rozvinutých zemích se mohou lidé z rizikových populací nechat vyšetřit na poruchu genu ASPM.  Zároveň jim v genetické poradně vysvětlí, nakolik budou mikroencefalii ohroženy jejich děti.
V boji s dědičnou chorobou nabízí své služby i tzv. předimplantační genetická diagnostika. Manželé, kteří nesou ve své dědičné informaci poškozený „výtisk“ genu ASPM, se podrobí  tzv. oplození ve zkumavce. Z takto vzniklých embryí odeberou embryologové v laboratoři  po jedné buňce a tu podrobit genetickým testům. Embryím to nijak neubere na vývojových schopnostech. Na základě výsledků analýz jsou vybrána pro navrácení do těla matky jen embrya, která zdědila gen ASPM bez defektu. Rodiče pak mají jistotu, že se jim narodí zdravý potomek.

Myši s obřím mozkem
Lidský mozek je tak velký, že se jeho kůra „vrásní“ do četných záhybů, aby se nám do lebky vůbec vešla. Právě v mozkové kůře sídlí naše inteligence. Zvířata mají povrch mozku mnohem hladší a i jejich mozková kůra je výrazně menší. V laboratořích Christophera Walshe z Harvard Medical School se však podařilo získat myši, které mají mozkovou kůru zvrásněnou do záhybů podobně jako člověk. Vědci toho dosáhli zásahem do dědičné informace, která zvýšil produkci bílkoviny beta-kateninu v mozku. Prvním myším rostly mozky téměř na dvojnásobek obvyklé velikosti a jejich plody nebyly s to dokončit vývoj v těle matky. Na svět přišly teprve myši, které měly  produkci beta-kateninu náležitě „doladěnu“ a mozek se jim zvětšil jen mírně.
„Větší mozek neznamená automaticky  lepší mozek,“ říká Walsh. „Ve skutečnosti může být větší mozek méně výkonný. Hlavní je vnitřní organizace mozku a nikoli velikost.“

Za inteligenci vděčíme virové nákaze

Před 23 miliony lety se zrodil gen, který nám dnes zajišťuje bystré myšlení. U jeho kolébky stála nákaza virem.

AIDS, žlutá zimnice, ebola  - jména virových chorob už sama o sobě nahánějí hrůzu. Mnohé virové infekce se s odstupem času ukazují jako pravé požehnání. Švýcarští genetici Fabien Burki a Henrik Kaessmann z university  v Lausane narazili v lidské dědičné informaci na gen, za který vděčíme virům. Někdy před 23 miliony se přehnala stády našich opičích předků viróza, která poněkud zamíchala jejich geny. Tato zvířata si tak vytvořila „strýčka“ pro budoucí časy. Jejich mozky získaly schopnost, kterou zúročili o mnoho milionů let později první lidé na své cestě k intelektuálním výšinám.
„Za poslední dva miliony let se mozek našich předků několikanásobně zvětšil,“ říká Henrik Kaessmann. „Základní předpoklad pro tuhle zásadní proměnu byl ale položen mnohem dříve.“
Kaessmann a Burki zjistili, že lidé jsou spolu s lidoopy vybaveni genem, který má za úkol v mozku rozkládat jednu z látek podílejících se na přenosu nervových vzruchů. Opicím tenhle gen chybí. Podrobnější pohled na gen nesoucí označení GLUD2 odhalil jeho prapodivný původ.
Gen GLUD2 má v dědičné informaci lidí a lidoopů „tatínka“ – velmi podobný gen označovaný jako GLUD1, který je nezbytný pro správné fungování drtivé většiny buněk těla. Opičí nositelé se nakazili virem, který se zachoval jako genetický trajler. Popadl kopii GLUD1 a zanesl ji na nové místo dědičné informace. Shodou okolností bylo „nové bydliště“ genu GLUD1 předurčeno k tomu, aby nutilo geny pracovat na plný výkon v mozku. Byla to bezesporu šťastná náhoda. Gen se na novém místě zjevně osvědčil, o čemž svědčí fakt, že velmi rychle prošel několika „korekcemi“. Některá písmena genetického kódu se v něm obměnila a začal se podle něj produkovat enzym, který byl dokonaleji uzpůsoben podmínkám mozku. O pár milionů let otevřel tento enzym našim  předkům cestu na pomyslný vrchol evoluční pyramidy pozemského života.
„Nemáme sice k dispozici přímý důkaz o tom, že právě tahle genetická změna zvětšila mozek našich předků nebo vyvolala klíčové změny v jeho stavbě,“ připustil evoluční genetik Bruce Lahn z University of Chicago poté, co se seznámil s Burkiho a Kaesmannovou studií na stránkách prestižního vědeckého časopisu Nature Genetics. „Ale myslím  si, že je celkem v pořádku, když budeme předpokládat, že k tomu došlo.“
Ve prospěch tohoto předpokladu svědčí hned několik nepřímých ale pádných důkazů. Gen GLUD2 „přidává plyn“ v příslušné části mozku právě v okamžiku, kdy se tam ukládá do paměti nějaká informace. Pokud je funkce tohoto genu výrazněji narušena, projevíew to u postižených lidí výrazným poškozením mozku.
„S dalším a mnohem výkonnějším genem v mozku získávali jeho nositelé zřejmě výraznou výhodu v ukládání informací do paměti,“ tvrdí Kaessmann.
Zjednodušeně můžeme říci, že lidský mozek může díky přítomnosti genu GLUD2 „pálit“ nervové vzruchy ostošest a nehrozí mu přitom zavalení molekulou, která tyto vzruchy přenáší. Enzym vyrobený podle genu GLUD2 je nenáročným a velmi výkonným „uklízečem“, který v mozku uvede rychle všechno do pořádku.
Viry postrčily evoluci živočichů včetně člověka mnohokrát.  Jsou k tomu předurčení od přírody. Sami se nemohou množit a jsou proto odkázáni na služby buňky, kterou napadli. Nejprve jako dokonalí diverzanti proniknou do jejího nitra a pak tam pomocí důmyslných triků, za něž by se nemuseli stydět ani genoví inženýři, zabudují své geny do dědičné informace své oběti. Ta se nechá ošálit a považuje podvržené virové geny za vlastní. Virus vybaví své geny navíc zvláštním „zapínačem“, který nutí buňku, aby právě tyhle geny postavila na první místo. Výroba nových virů v buňce podle podvržené „ dokumentace“ virových genů se může rozjet na plný výkon.
Virus může napadat různé buňky. Například virus HIV si tímhle způsobem „ochočí“ bílé krvinky. To je sice pro infikovaného člověka fatální, z hlediska zabudování virových genů do lidské dědičné informace jde jen o „avantýru“, která končí smrtí oběti. Zcela jiná situace nastává, pokud se virus zatoulá až do pohlavních žláz a zabuduje své geny do dědičné informace pohlavních buněk  Jeho dědičnou informaci pak rodič předává potomkům jako jakékoli jiné geny. Takovým virem se potomci nenakazí ale zdědí jej.
Dědění virů není zase tak vzácné, jak by snad mohlo zdát. Virový původ lze vystopovat u 8% ze tří miliard písmen genetického kódu lidské dědičné informace. Některé pronikly mezi geny našich předků už hodně dávno, jiné se v nás z evolučního hlediska pomalu ani „nestačily ohřát“. Mnohé viry nakopírované do naší DNA podlehly rozkladu a zbyl z nich jen jakýsi genetický šrot. Některé jsou ještě naopak plné života a lidské buňky podle jejich genů dokonce stále ještě umějí vytvořit samostatný virus. Jeden takový virus zřejmě přispívá po „probuzení“ k poruchám plodnosti u mužů a ke vzniku rakoviny. Některé závažné choroby jsou zřejmě vyvolány tím, že virové geny buď „zabrzdí“ nebo naopak „šlápnou na plyn“ obyčejným lidským genům, které pak pracují nedostatečně nebo naopak propadají šílenému pracovnímu tempu. Člověk by se tak mohl stávat náchylnější například k artritidě nebo roztroušené skleróze.
Geny propašované do lidské dědičné informace ale nejsou jen škůdci. Některé nás chrání před další virovou infekcí. Vyrábí se podle nich bílkoviny, které se nalepí na virus a nedovolí mu zachytit se v lidském těle. A bez některých virových genů už bychom nemohli existovat. To platí o genu pro bílkovinu syncytin, která zajišťuje tvorbu placenty. Důkladná prověrka tohoto genu odhalila, že si jej naši dávní předci vypůjčili od jakéhosi viru. Virus s pomocí syncytinu splýval s buňkou, do které se potřeboval „ponořit“. Člověk se jej naučil využívat pro vzájemné splývání buněk v placentě a zajišťuje tak dokonalé spojení mezi matkou a plodem.
Gen GLUD2 se z tohoto výčtu vymyká tím, že v jeho případě virus pořídil kopii genu našich předků a „přesadil“ ji na nové místo. Podobných změn asi proběhlo mnohem více. Byly to jakési časované evoluční bomby, které explodovaly před dvěma miliony roky. Těžko říci, co bylo onou pomyslnou rozbuškou, která odstartovala výraznéí zkměny jež vyvrcholily vznikem člověka. Tým vědců z University of Pennsylvania vedený Hansellem H. Stedmanem na jaře letošního roku odhalil, že lidé mají ve žvýkacích svalech zvláštní bílkovinu, díky které nedokážou jejich čelisti vyvinout takovou sílu jako to umějí lidoopi. Za tuto změnu může samovolné poškození původního genu pro bílkovinu žvýkacích svalů, jež postihlo naše předky zhruba před 2,4 miliony roků. Pevná obruč silných svalů, jež svírala i mozkovnu, protože se upínala až na výrazný hřeben na temeni hlavy, najednou povolila. Lebka mohla změnit tvar a mozku se nabídl prostor pro zvětšení objemu. Stedman nepochybuje o tom, že toho evoluce plně využila, protože naši živočišní předchůdci australopitéci k tomu měli řadu do té doby utajených předpokladů. Výkonnému genu GLUD2 „zasetému“ do jejich dědičné informace viry mohlo v mezi těmito „skrytými vlohami“ patřit významné místo.
V současné době sužuje lidstvo hned několik virových epidemií, jejichž původci umějí vsouvat své geny do dědičné informace obětí. Mnohé z nich, např. děsivou vlnu onemocnění AIDS, se nám stále nedaří zvládnout ani léky ani očkováním. Přesto nelze vyloučit, že v pozadí milionů lidských tragédií se pomalu schyluje k dalšímu významnému triku evoluce, v němž sehrají viry a jejich geny klíčovou roli.

Dvojitá šroubovice už půlstoletí mění svět

Před více než padesáti lety, 25. dubna 1953, vyšla v prestižním vědeckém týdeníku Nature trojice článku věnovaných tehdy ještě krajně exotické molekule kyseliny deoxyribonukleové. Je jen příznačné, že ani v jednom nenajdeme zkratku DNA, pod kterou je dnes tato základní molekula dědičnosti notoricky známá. Největší slávu si vydobyla kratičká stať mladíků Jamese Watsona a Francise Cricka poprvé představující světu DNA jako dvojitou šroubovici. Právě tím okamžikem se otevřela cesta k bezpočtu dalších převratných událostí. Následující desetiletí se stala svědkem událostí stejně vzrušujících, jako byl samotný objev dvojité šroubovice.

Dvojitá šroubovice léčí
Bob Swanson udělal jednu z nejlepších životních investic už v sedmadvaceti. Začal tím, že se vnucoval se k Herbovi Boyerovi tak dlouho, dokud slavný genetik nesouhlasil s krátkou schůzkou.
„Věnuji vám deset minut,“ svolil Boyer a lámal si hlavu, o čem se bude tak dlouho s ambiciózním finančníkem bavit.
Desetiminutové setkání v Boyerově universitní pracovně se protáhlo na několik hodin a vyvrcholilo nad pivem v nedaleká Churchillově baru. Oba muži si padli do noty. Boyer vnášel do bakterií geny a nutil je tak  produkovat bílkoviny, které „obyčejné“ bakterie vyrábět neumějí. Swanson ho nad sklenicí pěnivého moku přesvědčil, aby si přestal „jen tak hrát“ a zkusil vpravit do bakterií geny pro bílkoviny využitelné k léčbě vážných chorob. Swanson nepochyboval, že právě oni dva takovou proměnu bakterií ve farmaceutickou továrnu uskuteční. Herb dodá „know-how“ a Bob se postará o peníze a další „detaily“.
„Naše firma by se mohla jmenovat Her-Bob,“ navrhl Swanson.
„To se mi moc nelíbí,“ nakrčil Boyer nos. „Já bych dal přednost názvu Genentech.“
A tak spatřila v roce 1976 světlo světa jedna z prvních biotechnologických firem, jež vydělaly na dvojité šroubovici miliony. Její jméno vzniklo zkrácením anglických slov „genetic engineering technology“ čili „technologie genetického inženýrství“.
Prvním hitem Genetechu se stal inzulín používaný pro léčbu cukrovky. Kalkulace, jež přivedly Boyera a Swansona k volbě právě tohoto hormonu, byly jednoduché. Jen ve Spojených státech žije osm milionů diabetiků – tedy osm milionů potenciálních zákazníků. Většina jich užívala inzulín izolovaný ze zvířat, především z prasat a skotu. Zvířecí inzulín sice nahradí v těle diabetika chybějící hormon, ale občas „zlobí“. Lidský imunitní systém vnímá prasečí i hovězí inzulín jako cizorodou látku a pacient si pak opakovaným podáváním vypěstuje na životně důležitý lék alergii. U lidského inzulínu vyráběného bakteriemi by nic podobného nehrozilo.
Genentech nebyl zdaleka jedinou štikou ve vodách vznikajícího průmyslu genetického inženýrství a i v honu na bakterie produkující lidský inzulín měl řadu zdatných konkurentů. Jeho nespornou výhodou byl dokonalý pakt schopných vědců s prozíravými manažery. Swanson včas pochopil, že podnikání „na koleně“ nemá šanci na úspěch a nabídl licenci na Boyerem vypěstované bakterie koncernu Eli Lilly. A opět měl šťastnou ruku. Farmaceutický gigant Eli Lilly vyráběl zvířecí inzulín už od roku 1923 a ovládal 85% amerického trhu s tímto lékem. S miliardovým kapitálem Eli Lilly „za zády“ zvládl Genentech závěrečný „finiš“, při němž „uvízli“ pro nedostatek prostředků všichni jeho konkurenti.
V září roku 1980 se Genentech zapsal do historických análů ještě jednou. Když se jeho akcie objevily na burze, vyšplhala se jejich cena během několika minut z 35 na 89 dolarů. Takový vzestup Wall Street nikdy předtím nezažil. Z Boyera a Swansona se přes noc stali boháči, Jejich podíly ve firmě, do které v Churchillově baru vložili po pěti stovkách dolarů, měly najednou cenu 66 milionů.

Živé bioreaktory
Bakterie upravené metodami genetického inženýrství dnes vyrábějí celou řadu důležitých látek (například růstový hormon pro léčbu poruch růstu u dětí nebo hormony pro léčbu neplodnosti). S některými složitými lidskými bílkovinami si ale jednoduchá buňka bakterie neporadí. K lékům, které by bakterie produkovaly v mizerné kvalitě, patří bílkoviny zajišťující správnou srážlivost krve používané pro léčbu chorobné krvácivosti (tzv. hemofilie) nebo naopak bílkoviny zabraňující vzniku krevních sraženin a podávané pacientům ohroženým embolií.
Tyto složité bílkoviny se dnes pokoušejí farmaceutické firmy vyrábět s pomocí zvířat, kterým byl do dědičné informace vpraven „hybrid“ genu pro příslušnou lidskou bílkovinu a genetického „zapínače“ usměrňujícího výrobu bílkoviny do mléčné žlázy. Například britská firma PPL Therapeutics už v klinických zkouškách ověřuje lidskou bílkovinu používanou pro léčbu rozedmy plic. Lék získává z mléka geneticky „upravených“ ovcí.

Dvojitá šroubovice ve službách zákona
Případy Sandry Newtonové, Pauliny Floydové a Geraldiny Hughesové zůstávaly pro věhlasný Scotland Yard bezmála čtvrt století nevyřešeným „pomníkem“. Dívky byly znásilněny a zavražděny v jižním Walesu v roce 1973 a vyšetřování záhy uvízlo na mrtvém bodě. Zdálo se, že pachatel či pachatelé uniknou spravedlnosti.
V roce 1996 se vyšetřování díky objevu britského genetika Aleca Jeffreyse opět rozběhlo. Ze stop zajištěných na místě činu se kriminalistům podařilo izolovat dědičnou informaci pachatele a identifikovat na ní Jeffreysovou metodou jedine