Aktuální číslo:

2018/2

Téma měsíce:

Bionika

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

Návrat Široka

Návrat Široka

Pavel Pipek  |  9. 2. 2018
Zpráva, která na mě právě vyskočila na Twitteru, by asi většinu Evropanů nechala chladnou, ale mé srdce buší tak, že mám chuť okamžitě vyskočit z...
Rytíř našich vod

Rytíř našich vod

Marek Janáč  |  5. 2. 2018
Na stěně ve své kanceláři má vystavené krunýře velkých raků. Za jeho pracovní židlí v akváriu rak. V knihovně knihy o racích a v laboratoři ve...
O kvantových počítačích a šifře RSA

O kvantových počítačích a šifře RSA uzamčeno

Jiří Poš  |  5. 2. 2018
značným příslibem pro výpočetní systémy budoucnosti je rozvíjející se obor kvantových počítačů. Představují naději, že eliminují některá vážná...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné