Evoluce ve zkumavce

Může člověk napodobit evoluci? Můžeme ji urychlit nebo určovat její směr? Experimenty s evolucí ve zkumavce ukazují, že je to možné. Evoluce in vitro může být užitečným nástrojem studia evolučních mechanismů, které nemůžeme sledovat přímo, a retrospektivní pohled je často obtížný.

Replikace DNA

Pokusy v laboratoři napodobující evoluci jsou založeny na dvou základních procesech – replikaci DNA a selekci. Základní vlastností živého systému je jeho schopnost replikovat se. Zákon života je neúprosný – co se nedokáže účinně replikovat, nepřežije. Replikovat DNA můžeme poměrně snadno i ve zkumavce. Biologové často při své práci používají metodu polymerázové řetězové reakce (PCR), kdy do zkumavky dají DNA, kterou chtějí namnožit, přidají enzym DNA polymerázu, nukleotidy potřebné pro tvorbu rostoucího řetězce DNA a trochu solí, aby zajistili vhodné prostředí. Výsledkem může být namnožený gen nebo dokonce veškerá DNA ve zkumavce, to pokud si půjčíme polymerázu od bakteriofága phi29.

Vraťme se ale k evoluci ve zkumavce. Pokud ve výše uvedené reakci použijeme DNA polymerázu, která dělá při replikaci často chyby při včleňování konkrétních nukleotidů, získáme populaci molekul DNA, které se vzájemně liší. A právě toho lze využít. Vědci se rozhodli najít úsek DNA, který se nejsilněji váže na nějakou jinou molekulu, například nějaký peptid či aminokyselinu. Smíchali proto populaci rozličných molekul DNA s touto aminokyselinou a vychytali molekuly DNA, které se na aminokyselinu vázaly nejsilněji. Získanou subpopulaci DNA podrobili znovu chybující amplifikaci a následné vazbě na aminokyselinu a tento cyklus mnohokrát zopakovali. Výsledkem byl úsek DNA, který se velmi silně vázal na danou aminokyselinu. Popsaný postup je znám pod zkratkou SELEX (viz slovníček) a byl velmi populární v devadesátých letech (obr. 1). Molekuly DNA nebo RNA získané selexem se označují jako aptamery a využívají se pro vědecké, průmyslové i terapeutické účely. Byly získány aptamery vážící například trombin, interferon, PSA (prostate specific antigen) nebo dopamin.