Aktuální číslo:

2019/10

Téma měsíce:

Sesuvy

Co je to gen?

6. Krátké intermezzo: Nature in September
 |  1. 11. 2012
 |  Vesmír 91, 673, 2012/11
 |  Seriál: Co je to gen, 6. díl (PředchozíNásledující)

Věnováno památce profesora Jaroslava Drobníka

V době, kdy jsem psal minulé pokračování tohoto seriálu, v redakci časopisu Nature již pracovali na vydání série článků,1)-7) které popisují další část krajiny lidského genomu do mimořádných podrobností. A tak se stalo, že můj rozklad o postENCODE definici genu8) vyšel o pár dní později než tyto přelomové články spojené s dalším pokračováním činnosti konsorcia ENCODE, které jsem do svého rozboru nemohl zahrnout. V tomto krátkém pokračování (vloženém před závěr seriálu) bude tudíž vhodné vyjádřit se k tomu, zda tyto novinky nějak nepozměnily cestu vývoje definice genu, kterou se až doposud společně ubíráme.

Jsme svědky případu „genomového těhotenství“, které již před nějakou dobou předpověděl James Watson. Tento nositel Nobelovy ceny totiž tvrdil, že začátkem nového tisíciletí bude žít věda genomikou, což povede k obrození biologie a také medicíny záplavou nových poznatků. Velmi významnou součástí této záplavy je mimo jiné právě encyklopedie genetických elementů lidského genomu, produkovaná konsorciem ENCODE.

PostENCODE definice genu9) je prozatím posledním stupněm ve směru k maximální redukci obsahu pojmu gen v molekulárněbiologickém vývoji definice. Redukce pouze na sekvence kódující konečné produkty (polypeptidy) a nc(nekódující)RNA, jež musí být navíc biochemicky funkční, představuje největší odklon od pojetí zakladatelů, kteří opírali geny hlavně o jejich projevy, vybrané vlastnosti organismů. Všechny sekvence, které nekódují syntézu produktu, včetně těch, které se podílejí „jenom“ na regulaci a zajištění exprese genu, se tudíž podle nové definice do genu již nevejdou. Udělení titulu „s genem asociované sekvence“ regulačním sekvencím sice do jisté míry přiznává genetický význam, ale současně je odděluje od kódujících částí, s nimiž vytvářejí nedílný celek. Jedna část bez druhé nemá smysl. Bez zajištění regulované exprese genů se nám totiž odpovídající fenotyp nemůže v komplexní dynamické podobě zjevit. Domnívám se, že autoři podstoupili tento krok v dobrém úmyslu zbavit se problémů, které komplikují vymezení regulačních sekvencí. Nově publikované články konsorcia ENCODE však jasně ukazují, že i některým jeho členům poslední definice genu začíná působit vážné rozpaky, cena zaplacená za zjednodušení je příliš velká. Sekvence kódující proteiny (ve sděleních konsorcia jediné sekvence označované jako kódující) totiž nesou jen velmi malou část genetické informace, jejíž obměna vede k vzniku variant vlastností člověka, ba i k jeho dědičným chorobám či k smrti, a dokonce ani mutace v oblastech DNA kódujících ncRNA dostatečně nedoplňují celou škálu popsaných proměn.

Nové články1)7) a obrovské množství publikací s nimi propojených se vztahují hlavně k podrobnému popisu různých aspektů regulace a zajištění exprese genů (zejména rozložení sekvencí souvisejících s regulací transkripce). Články jsou věnovány konkrétně:

  • popisu rozložení DNA-sekvencí supercitlivých k enzymové degradaci, jejichž vznik souvisí např. s rozvolněním chromatinu nutným pro zpřístupnění DNA transkripčnímu aparátu;
  • mapě rozložení sekvencí, na které nasedají různé transkripční faktory;
  • analýze vzájemného působení sekvencí spojených s regulací transkripce na dálku;
  • mapám transkribovaných úseků v různých liniích lidských buněk;
  • rozložení methylovaných bází na DNA v různých liniích buněk v souvislosti s nasedáním transkripčních faktorů a regulací transkripce.

Z výčtu jasně vyplývá, že přes obrovský přínos sdělení se nové články ani zdaleka nezabývají celou škálou procesů spadajících do oblasti zajištění a regulace genové exprese. Navíc je v řadě z nich naznačováno, že bude nutné v souvislosti s novými poznatky přehodnotit definici genu. Tuto změnu v přístupu konsorcia ENCODE bych pochopitelně přivítal, protože je v souladu s mou kritikou postENCODE definice genu.8 Přivítal jsem také zjištění, že již asi 80 % lidského genomu obsahuje elementy spojené s biochemickou funkcí. To znamená, že prostor mezi geny kódujícími proteiny je hojně vyplněn sekvencemi, z nichž některé nejsou transkribovány na ncRNA, a přitom hrají dědičnou roli.

V dalším pokračování seriálu se pokusím v souladu s novými poznatky ENCODE naznačit, že genetickou informaci ve skutečnosti nenese jen 80 % genomu, ale celý genom, a dokonce že je genom informací přeplněn. Na mnoha místech se geny překrývají, a to dokonce v několika vrstvách. Tento pohled je ovšem zřejmý pouze když poněkud změníme přístup k vytváření definice genu. Jako námět k diskusi se pokusím navrhnout nový přístup k definici genu, který podle mého mínění usnadní popis vrstevnatosti genomové krajiny a navíc umožní otevřít prostor pro další vývoj pojmu gen ne směrem k jeho redukci, ale naopak směrem k rozšiřování jeho obsahu, které lze v budoucnosti očekávat.

Jednotlivá pokračování tohoto seriálu jsem často diskutoval s Jaroslavem Drobníkem, u kterého jsem jako mladý aspirant začínal a se kterým jsem se po mnoha letech znovu sešel ve stejné místnosti na Přírodovědecké fakultě UK, kam jako emeritní profesor pilně docházel. Při nedávném rozhovoru mi profesor Drobník, můj první průvodce molekulární biofyzikou, řekl, že současní genetici jsou na tom podobně jako astronomové. Ti také vědí, že temné hmoty, kterou nevidí, protože nezáří, je ve vesmíru mnohem více než té, kterou běžně studují, protože ji mohou snadno pozorovat. Molekulární genetici zažívají podobné manko. Když sečetli např. hmotnost DNA obsazenou všemi známými geny a srovnali ji s celkovou hmotností genomové DNA, zjistili, že vlastně o většině genomu nevíme, k čemu je. Někteří nazvali to, o čem nic nevěděli, „smetím“ („junk DNA“). Proč ale tento odpad v evoluci z genomu nezmizel? Nové články konsorcia ENCODE jasně ukazují, že genetického smetí valem ubývá. Tuto optimistickou zprávu si už ale profesor Drobník nepřečte, neboť zemřel v plné síle 30. srpna 2012 při svém oblíbeném rybaření. Naše časté diskuse a někdy i inspirativní půtky o genech a jejich modifikacích tím bohužel nenávratně končí. Nejen jeho rodině a přátelům, ale také české vědecké komunitě a veřejnosti tak vznikla těžko nahraditelná ztráta, která postihne nesporně i jeho oponenty. Odešel vědec, který dosáhl na řadu vysokých cílů, muž, který měl odvahu riskovat a bojovat za své přesvědčení, a člověk, který uměl organizovat a sjednocovat lidi ke spolupráci. Čest jeho památce.

Poznámky

1) Forum: Genomics, ENCODE explained, Nature 489, 52–56, 2012 (Ecker J. R.: Serving up a genome feast; Bickmore W. A.: Expression control; Barroso I.: Non-coding but functional; Pritchard J. K., Gilad Y.: Evolution and the code; Segal E.: From catalogue to function).

2) The ENCEDE Project Consortium: An integrated encyklopedia of DNA elements in the human genome, Nature 489, 57–74, 2012.

3) Thurman R. E. et al.: The accessible chromatin landscape of the human genome, Nature 489, 75–82, 2012.

4) Neph S. et al: An expansive human regulatory lexicon encoded in transcription factor footprints, Nature 489, 83–90, 2012.

5) Gerstein M. B. et al: Architecture of the human regulatory network derived from ENCODE data, Nature 489, 91–100, 2012.

6) Djebali S. et al: Landscape of transcription in human cells, Nature 489, 101– 108, 2012.

7) Sanyal A. et al.: The long-range interaction landscape of gene promoters, Nature 489, 109–113, 2012.

8) Vondrejs V.: Co je to gen? 5. Vývoj definice v genomové a postgenomové éře, Vesmír 91, 600, 2012/10.

9) Gerstein et al.: What is a gene, post-ENCODE? History and updated definition, Genome Res. 17, 669–681, 2007.

Prof. RNDr. Jaroslav Drobník, CSc.

Životopis v datech

20. prosince 1929 narozen v Praze

1949 maturoval na pražském Nerudově gymnáziu

1949–1953 studoval biologii, specializaci mikrobiologie na Přírodovědecké fakultě UK v Praze

1953 obhájil diplomovou práci z průmyslové mikrobiologie (školitel byl prof. J. Stárka)

1953 zahájil aspiranturu na půdní mikrobiologii (školitel byl prof. J. Seifert, PřF UK) a po získání titulu CSc. nastoupil jako asistent na PřF UK

1957 jmenován vedoucím izotopové laboratoře biologické sekce PřF UK

1959 jmenován vedoucím oddělení biofyziky PřF UK

1961 nastoupil na tříměsíční stáž v Moskvě

1962–1963 absolvoval stáž na katedře biofyziky Michiganské státní univerzity (MSU-USA) u prof. L. G. Augensteina (věnoval se spektrofotometrii purinů, pyrimidinů a jejich derivátů)

1963, 1965 a 1969 přednášel v USA čtvrtletní kurzy z molekulární biofyziky

1965 stal se konsultantem týmu B. Rosenberga (MSU, USA), což vedlo k objevu inhibice dělení bakterií Pt-sloučeninami a později k mezinárodní spolupráci při výzkumu cytostatických účinků cis-platiny; mezinárodní projekt s výraznou českou účastí byl ukončen v ČSSR až během pobytu J. Drobníka na ÚMCH ČSAV předáním preparátu do výroby v n. p. Lachema

1965 obhájil habilitační práci (získal docenturu pro obor biofyzika na PřF UK, Praha) a odstartoval nový mezioborový studijní směr biofyzika, zajišťovaný spoluprací PřF UK a MFF UK, kterou zorganizoval

1968–1969 stal se proděkanem – vedoucím biologické sekce na PřFUK

1971 v době normalizace po okupaci musel opustit PřF UK, ostatní členové odd. biofyziky byli postupně vyměněni za jiné pracovníky a původní zaměření zaniklo

1971–1990 nastoupil do zaměstnání v ÚMCH ČSAV, kde později založil a vedl Laboratoř biochemie polymerů

1990 vrátil se na PřF UK, Praha

1991 jmenován profesorem v oboru biofyzika, ale tento směr neobnovil, nýbrž se stal ředitelem Biotechnologického ústavu, podílel se na vzniku zákona o nakládání s geneticky modifikovanými organismy (GMO) a byl jedním ze zakládajících členů české komise pro GMO

1997 spoluzakládal sdružení Biotrend, později Biotrin, což je nezisková organizace vědeckých pracovníků zajišťující informovanost veřejnosti o moderních biotechnologiích, ve které působil jako organizátor, předseda a neúnavný propagátor a popularizátor s obsáhlou publikační činností až do konce svého života

2009 spolu s F. Sehnalem se zasloužil o vznik Bílé knihy GMO o vlivu GMO na lidské zdraví a životní prostředí

30. srpna 2012 zemřel při rybolovu

7. září 2012 proběhlo poslední rozloučení s prof. J. Drobníkem ve velké obřadní síni krematoria ve Strašnicích

[VV]

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Genetika

O autorovi

Vladimír Vondrejs

Doc. RNDr. Vladimír Vondrejs, CSc., (*1937) vystudoval chemii na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. Na několika vysokých školách v Čechách a na Slovensku zaváděl výuku molekulární biologie. Na katedře genetiky a mikrobiologie PřF UK zavedl genové inženýrství. Postupně se věnoval výzkumu buněčného cyklu, rozvoji metod genových modifikací a reparaci DNA u mikroorganismů. S velkým zaujetím se ve volném čase věnuje malování a sochaření.

Doporučujeme

Zhasněte světla!

Zhasněte světla!

Pavel Pecháček  |  7. 10. 2019
V důsledku technologického pokroku i rostoucí lidské populace stále přibývá míst, která jsou v noci vystavena umělému osvětlení (někdy...
Negativní dopady sesuvů

Negativní dopady sesuvů

Jan Klimeš  |  7. 10. 2019
Hlavním důvodem studia sesuvů jsou působené škody na majetku a v extrémních případech i ztráty na životech lidí. Přesto jsou objektivní a...
Odkrytá skrytá tvář Měsíce

Odkrytá skrytá tvář Měsíce uzamčeno

Pavel Gabzdyl  |  7. 10. 2019
Po celou dobu existence lidstva nám Měsíc ukazoval jen přivrácenou polokouli. Pouhých 60 let (od října 1959) známe díky ruské sondě Luna 3 i...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné