Geny vznikající de novo

Typicky jen malá část genomů eukaryontních organismů obsahuje genetickou informaci, která je překládána do funkčních proteinů (např. u člověka méně než 2 % genomu). Zbytek tvoří tzv. nekódující DNA, o které se v posledních desetiletích zjistilo mnoho zajímavého. Obsahuje například úseky DNA, které jsou přepisovány do RNA molekul s důležitými biologickými funkcemi (ribozomální RNA, transferové RNA, RNA podílející se na regulaci genové exprese aj.). Obsahuje však také úseky, u nichž dosud nebyla zjištěna funkce žádná. Masivní výskyt nekódujících úseků v eukaryontních genomech lze teoreticky snadno vysvětlit jen na základě Dawkinsovy teorie sobeckého genu. Výzkum posledních let však ukazuje i jiné možnosti, které mohou představovat další významný milník v našem porozumění evoluci pozemského života. Nekódující DNA totiž může být stavebním materiálem pro tvorbu zcela nových genů.

Dosud jsme se domnívali, že „nové“ geny a jejich varianty v přírodě vznikají výhradně z těch starých; čili že se v záplavě škodlivých mutací tu a tam objeví taková, která trošku pozmění výsledný protein, a ten svému majiteli poskytne kompetiční výhodu. Umožní mu například osídlit dosud neosídlitelné prostředí nebo využít dosud nevyužitelné zdroje energie, zkrátka zvýší jeho šance na přežití anebo jeho reprodukční potenciál. Genomické analýzy z posledních let však ukazují, že geny vznikají i zcela nově z nekódující DNA. Děje se tak napříč celým stromem života, například u octomilek, huseníčku, kvasinek, a dokonce i u lidí. Bakterii Escherichia coli se pomocí editace genomu podařilo přimět, aby začala překládat svou nekódující DNA, a jeden z výsledných produktů navýšil její rezistenci na antibiotika 48×.

Posledním příspěvkem ke studiu genů vznikajících de novo je výzkum tresky obecné. Ta dokáže přežívat i v zimních arktických vodách, jejichž teploty běžně klesají pod nulu. Většinu ostatních ryb zabijí ledové krystaly, které rostou uvnitř buněk a nevratně je poškozují. Tresky však mají unikátní protein, který na drobné ledové krystalky nasedá a znemožňuje jejich další růst, a tím i poškození buněk. Analýzou genomů tresčích blízkých příbuzných se ukázalo, že gen kódující tento protein vznikl s největší pravděpodobností de novo z původně nekódující DNA a umožnil treskám osídlit místa, kde většina jiných ryb nemůže přežít.

Výhoda genů povstávajících de novo je zjevná. Geny vzniklé duplikací či mutací genů starých obvykle kódují proteiny, jež jsou strukturně i funkčně podobné. Naproti tomu geny vzniklé de novo z nekódující DNA mohou kódovat i proteiny, které jsou svou strukturou a funkcí výrazně odlišné od čehokoliv, čím daný druh dosud disponoval. A právě ony se zjevně mohou stát rozhodující výhodou v neúprosném boji organismů o přežití.

Levy A.: Nature, DOI: 10.1038/d41586-019-03061-x