Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Je kniha života napsána braillovým písmem?

 |  5. 5. 2011
 |  Vesmír 90, 261, 2011/5

Příběh první: Když 25. dubna roku 1953 vyšel v časopise Nature střízlivě formulovaný článek Jamese Watsona a Francise Cricka (v délce jedné strany), v němž navrhli strukturu DNA, bylo jasné, že Crickova neskromná nátura, jíž v předvečer sepsání jednoho z nejdůležitějších objevů 20. století popustil uzdu při neformální hospodské oslavě slovy „objevili jsme tajemství života“, je tentokrát v plném právu.1) Watsonovo-Crickovo párování nukleových bází pomocí vodíkových vazeb uvnitř pentózo-fosfátové „kostry“ slavné dvoušroubovice se stalo úhelným kamenem pro pochopení množení dědičného materiálu i pro následné rozlousknutí genetického kódu, jež objasnilo základní vztah mezi primární strukturou DNA a proteinů.

Příběh druhý: V polovině šedesátých let měla molekulární biologie k dispozici jakýsi překladový „slovník“ mezi DNA a proteiny (ovšem slovník jednosměrný, neboť jednoznačně funguje pouze ve směru DNA → protein; genetický kód je degenerovaný). Každá z příslušných biogenních aminokyselin v proteinu je překladem příslušného „slova“ v DNA neboli kodonu, který se skládá ze tří „písmen“ čtyřpísmenné abecedy zkratek pro nukleové báze (A, T, G, C), jejichž sekvence určuje primární strukturu DNA (ergo v případě strukturního genu, později i proteinu). Za takového stavu věcí si zkrátka nešlo nepovšimnout formální podobnosti mezi řetězci „písmen“, kterými se zaznamenává posloupnost nukleotidů v DNA, a řetězci značek (písmen) ve formálních jazycích a jejich gramatikách.2) Biologie si opět skočila pro inspiraci do lingvistiky (vzpomeňme na termíny jako transkripce či translace) a z tajemství života se tak, možná trochu archetypálně, vyklubala Kniha života. DNA se stala textem, který je nutno přečíst – a pak budeme vědět vše.

Intermezzo: I když je analogie s textovým zápisem velice plodná, nesmíme zapomínat, že DNA není – na rozdíl od textu – jednorozměrná. Jakýkoli její úsek, jakákoli sekvence „písmen“ zaujímá nějakou prostorovou konformaci, jinými slovy má svůj tvar.3) To je všeobecně známo. Každý biolog ví, že makromolekula DNA má svůj specifický povrch, je v buňce všelijak zašmodrchaná a konkrétní tvar určitých úseků slouží jako návěští pro nejrůznější jiné molekuly, nejčastěji proteiny, které ji doslova ohmatávají, váží se na ni a zvnějšku ji takto nejrůznějším způsobem dále ovlivňují. Myšlenka je jednoduchá: sekvence nukleotidů jednoznačně determinuje tvar šroubovice, jenž dále ovlivní to, které molekuly, kde a jak se na ni budou vázat, což má za následek další modulaci jejího tvaru. Jasné jako facka, že? Bohužel se ukázalo, že tak jednoduché to zdaleka není.

Příběh třetí: Deset let po Watsonově a Crickově objevu přišel Karst Hoogsteen s tím, že existuje i jiný typ párování nukleotidů, než je klasické Watsonovo-Crickovo schéma. Párující nukleotidy sice zůstávají stejné, ale struktura vazeb mezi nimi je jiná, nukleotidy vůči sobě jakoby „ulítnou“. Výsledkem je, že šroubovice má v těchto místech jiný tvar, než by měla normálně. Důsledky jsou dalekosáhlé – změna konformace například umožňuje vznik trojšroubovice. Hoogsteenovo párování bází bývá pozorováno u DNA ve vazbě s proteinem nebo u DNA, která je poškozená, ale až do února letošního roku nebylo nikomu jasné, jestli jde o výjimku vázanou na speciální případy, anebo o něco, co je pro molekulu DNA běžné obecně.

E. Nikolová z Michiganské univerzity použitím sofistikovaných metod nukleární magnetické rezonance (NMR) spolu s kolegy ukázala, že v některých sekvencích DNA, zvláště v dinukleotidech CA a TA, existuje Hoogsteenovo párování vedle klasického Watsonova-Crickova jako přechodný stav.4) Jinými slovy, některé úseky DNA mezi oběma typy párování na čas přepínají. To znamená, že schopnost přecházet mezi jednotlivým typem párování mezi nukleotidy u volné DNA (a tím měnit její aktuální tvar, a tedy funkci) je strukturní vlastností některých jejích úseků. Mezi největší překvapení patří u tohoto objevu především nečekaná a velmi pozoruhodná plasticita „kánonické“ dvoušroubovice,5) která je primárně zapříčiněná jaksi zevnitř a která ve svém důsledku vytváří novou dimenzi pro uskladnění použitelné informace.

Epilog: V průběhu druhé poloviny 20. století si biologie zvykla pohlížet na DNA jako na jakýsi text, genetickou Knihu života, v níž je zapsáno vše důležité. Následný boom internetu, pokročilý výzkum evoluce prokaryot, ale i disciplíny jako evo-devo nás později přivedly na myšlenku hypertextu, který je navíc závislý na kontextu. Nyní se zdá, že metafora půjde ještě dál, neboť výzkum Nikolové a spol. otevřel dveře do dalšího rozměru. Můžeme-li vůbec o DNA mluvit jako o nějakém zápise, který je třeba „přečíst“, pak si na toto „čtení“ budeme muset nejspíš brzy obstarat 3D brýle.

Poznámky

1) Watson J.: Tajemství DNA: Příběh jednoho z největších objevů 20. století, Academia, Praha 1995.

2) Markoš A. & Faltýnek D.: Jazyková metafora života. In: Markoš A. (ed.): Jazyková metafora živého, Pavel Mervart, Červený Kostelec 2010.

3) Markoš A. & Hajnal L.: Staré pověsti (po)zemské aneb Malá historie planety a života (kap. 5). Pavel Mervart, Červený Kostelec 2007.

4) Nikolova, E. et al.: Transient Hoogsteen base pairs in canonical duplex DNA. Nature 470, 498, 2011.

5) Honig, B. & Rohs, R.: Flipping Watson and Crick. Nature 470, 472-473, 2011.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Molekulární biologie
RUBRIKA: Glosy

O autorovi

Josef Lhotský

RNDr. Josef Lhotský, Ph.D., (*1986) vystudoval teoretickou a evoluční biologii na PřF UK, kde se zabýval fenoménem symbiózy v evoluci, teorií symbiogeneze a dějinami evolučního myšlení. Přednášel na PřF UK, FSS MU a FF UP. Je autorem knih Symbiotický vesmír: biologický horizont událostí, Úvod do studia symbiotických interakcí mikroorganismů. Nový pohled na viry a bakterie a Sen noci darwinovské aneb O čem se vám v souvislosti s evolucí ani nezdá. V roce 2016 získal cenu nakladatelství Academia za překlad vědecké & populárně naučné literatury.
Lhotský Josef

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné