Vačici krysí (Monodelphis domestica) chybí vak a přesto patří ke zhruba šedesáti druhům jihoamerických vačnatců. Drobné zvířátko, které se snadno schová v lidské dlani, je domovem v pralesích Bolívie, Brazílie a Paraguaje, ale často se s ním potkáme v laboratořích po celém světě. Některé její schopnosti nedávají vědcům spát.

Vačice je jediným savcem, kterému se dokonale zhojí poškozená mícha. Odhalení tajů jejích regeneračních schopností by přineslo revoluci do medicíny. Spolu s člověkem je vačice jediný známý savec, který po ozáření kůže ultrafialovým světlem trpí smrtelně nebezpečným nádorem zhoubným melanomem. To zdaleka nejsou jediné důvody, proč byla vačice krysí vybrána mezi savce, jejichž dědičná informace bude kompletně přečtena. Předci vačnatců se rozešli s předky ostatních savců zhruba před 180 miliony roků. Pohled do dědičné informace vačice krysí je zároveň pohledem do dávné minulosti vývoje života na Zemi.

Mezinárodní konsorcium genetiků z USA, Austrálie, Velké Británie a Kanady zveřejnilo výsledky čtení DNA vačice v sérii článků, jež otiskly časopisy Nature a Genome Research. Maličký jihoamerický vačnatec přichystal vědcům celou řadu překvapení. Jeho dědičná informace je o málo větší než lidská.Tvoří ji asi 3,5 miliardy písmen genetického kódu.

V nich je uloženo asi 20 000 genů, z nichž 15 000 se kryje s geny člověka. Vačice má přinejmenším 400 genů, které z dědičné informace jiných savců zatím neznáme. Tyto gen zajišťují vačicím velice citlivé smysly – pověstný je například jejich jemný sluch. Zvláštní geny dodávají vačicím schopnost vypořádat se s nejrůznějšími jedy.

Největším překvapením byl objev bohatého arzenálu genů zajišťujících funkce imunitní obrany. Prozatímní snahy nalézt v DNA vačic geny pro imunitní obranu vycházely naprázdno a vědci byli přesvědčeni, že vačice mají imunitní systém vyvinutý jen velmi chabě. Opak je ale pravdou. Imunitní obrana vačic má mechanismy, které jiným savcům včetně člověka chybějí. Evoluční kořeny savčího imunitního systému tedy sahají až ke společným předkům vačnatců a ostatních savců.

Zvláštnosti pozorovali vědci i na pohlavních chromozomech vačice. Savci mají určeno pohlaví dědičnou informací uloženou v tzv. pohlavních chromozomech. Tyto porce dědičné informace se vyskytují ve dvou verzích. Samice dědí od otce i matky po jednom pohlavním chromozomu X. Samci dědí od matky chromozom X a otec jim předá samčí chromozom Y. Výjimkou jsou ptakopyskové, kteří mají pět X chromozomů a pět chromozomů Y. Jihoamerické opice vřešťani mají dva chromozomy X a dva Y chromozomy. Samice, které jsou vybaveny dvěma X chromozomy, využívají jen jeden z chromozomů X a druhý uspávají.

O tom, zda v buňce usne chromozom X zděděný po otci nebo po matce, rozhoduje náhoda. Uspávání chromozomu má na starost zvláštní gen Xist. Vačice se ale z tohoto pravidla vymykají. Gen Xist jim chybí. Přesto i jejich samice jeden chromozom X uspávají. Vždycky je to chromozom zděděný od otce. Způsob, jakým dává vačice otcovský chromozom „k ledu“ zůstává záhadou.

Hlavní roli při evoluci savců zjevně sehrávala tzv. zbytečná DNA, jež se nachází mimo vlastní geny. V té proběhlo 95% všech významných změn, jež oddělily placentální savce od vačnatců. Označení „zbytečná“ pochází z dob, kdy genetikům nebyla úloha této části dědičné informace jasná. V počátcích čtení lidského genomu se dokonce vedly vážné diskuse o tom, zda se má tato „genetická vycpávka“ vůbec zevrubněji zkoumat. I z výsledku čtení DNA vačice je jasné, že evoluci pohánějí právě ty změny v DNA, jež se odehrávají mimo geny. Tyto změny postihují tzv. regulační sekvence – jakési genetické vypínače a zapínače, brzdové a plynové pedály, které uvádějí geny do chodu, nebo je uspávají, případně řídí tempo, jakým geny pracují. V řadě případů jsou změny regulačních sekvencí vyvolány tzv. skákajícími geny, které v DNA pohybují a mohou zaujímat nové pozice.

Důležitější než uspořádání jednotlivých genů se pro evoluci a vznik nových druhů jeví jejich vzájemná souhra.
Další, ještě hlubší náhled do savčí evoluce nám zřejmě nabídnou právě dočítané dědičné informace dalších primitivních savců. Z vačnatců je intenzivně čtena DNA klokana. Rozečtena je i DNA vejcorodého ptakopyska.

Prameny:

Tarjei S. Mikkelsen, Matthew J. Wakefield, Bronwen Aken, Chris T. Amemiya, Jean L. Chang, Shannon Duke, Manuel Garber, Andrew J. Gentles, Leo Goodstadt, Andreas Heger, Jerzy Jurka, Michael Kamal, Evan Mauceli, Stephen M. J. Searle, Ted Sharpe, Michelle L. Baker, Mark A. Batzer, Panayiotis V. Benos, Katherine Belov, Michele Clamp, April Cook, James Cuff, Radhika Das, Lance Davidow, Janine E. Deakin, Melissa J. Fazzari, Jacob L. Glass, Manfred Grabherr, John M. Greally, Wanjun Gu, Timothy A. Hore, Gavin A. Huttley, Michael Kleber, Randy L. Jirtle, Edda Koina, Jeannie T. Lee, Shaun Mahony, Marco A. Marra, Robert D. Miller, Robert D. Nicholls, Mayumi Oda, Anthony T. Papenfuss, Zuly E. Parra, David D. Pollock, David A. Ray, Jacqueline E. Schein, Terence P. Speed, Katherine Thompson, John L. VandeBerg, Claire M. Wade, Jerilyn A. Walker, Paul D. Waters, Caleb Webber, Jennifer R. Weidman, Xiaohui Xie, Michael C. ZodyBroad Institute Genome Sequencing Platform and Broad Institute Whole Genome Assembly Team and , Jennifer A. Marshall Graves, Chris P. Ponting, Matthew Breen, Paul B. Samollow, Eric S. Lander & Kerstin Lindblad-Toh. 2007. Genome of the marsupial Monodelphis domestica reveals innovation in non-coding sequences Nature doi:10.1038/nature05805
Goodstadt, L., Heger, A., Webber, C., and Ponting, C.P. 2007. An analysis of the gene complement of a marsupial, Monodelphis domestica: evolution of lineage-specific genes and giant chromosomes. Genome Res. doi:10.1101/gr.6093907

Gentles, A.J. Wakefield, M.J., Kohany, O., Gu, Wanjun, Batzer, M.A., Pollock, D.D., and Jurka, J. 2007. Evolutionary dynamics of transposable elements in the short-tailed opossum Monodelphis domestica. Genome Res. doi:10.1101/gr.6070707

Belov, K., Sanderson, C.E., Deakin, J.E., Wong, E.S.W., Assange, D., McColl, K.A., Gout, A., de Bono, B., Speed, T.P., Trowsdale, J., and Papenfuss, A.T. 2007. Characterization of the opossum immune genome provides insights into the evolution of the mammalian immune system. Genome Res. doi:10.1101/gr.6121807