Minimální genom

Zkoumáme-li podstatu života, nutně se dostaneme k problému, kde leží hranice mezi živým a neživým. Jaká je nejjednodušší entita, o které můžeme spolehlivě říci, že je živá? Kolik genů jí stačí k přežití? Na tyto a podobné otázky dokážou nejlépe odpovědět bioinformatické a molekulárněgenetické metody, ve kterých se hlavním objektem výzkumu stává genetická informace zapsaná v molekulách DNA.

Život na Zemi je úžasně různorodý. Jeho komplexnost ale z velké části stojí na složitosti genetické informace. Začněme několika přehledovými čísly. Lidská DNA obsahuje v haploidním stavu přibližně 3,3 miliardy párů bází (base pairs, bp), tedy pomyslných „písmenek“ genetického zápisu, a je v ní asi 23 tisíc genů, které kódují bílkoviny. V tom nijak nevybočujeme z typické velikosti savčího genomu. Ostatní obratlovci mají srovnatelný nebo o trochu menší počet genů. Hmyz je o něco úspornější. Většinou se vejde pod 20 tisíc genů. Také velikost jeho genomu bývá menší, mezi 100 až 500 miliony bp. Co do počtu „písmen“ genetického zápisu se prvenstvím mezi živočichy může (zatím) chlubit bahník australský (Neoceratodus forsteri), australská plicnatá ryba, která má s 43 miliardami bp asi čtrnáctkrát větší genom než člověk.

Synthia JCVI -syn1.0, první bakterie se syntetickým genomem (kopií genomu Mycoplasma mycoides), představená v roce 2010 týmem kolem Craiga Ventera.

Snímek Profimedia

Jednobuněční prvoci mají DNA tvořenou zpravidla jen desítkami až stovkami milionů párů bází, ale jsou mezi nimi i organismy s genomy obrovskými nebo naopak titěrnými. Velký rozdíl ve velikosti genomů nalezneme také v rostlinné říši, od stovek milionů až po 15 miliard bp. Mnohem menší genomy mají bakterie a archea, typicky mezi 3 až 7 miliony bp a s počtem genů v jednotkách tisíců. Vůbec nejhojnější volně žijící organismus na planetě, bakterie Pelagibacter ubique, patří k těm malým – její genom o velikosti pouhého 1,3 milionu bp kóduje 1389 genů. Minimální velikost genomu a nejnižší možný počet genů nutný pro život tedy leží někde pod touto hranicí. Důvodů, proč se je snažíme odhalit, existuje několik. Umožní nám to porozumět základním principům života a tomu, co je nezbytné pro existenci buněk. Rovněž nám to snad dovolí nahlédnout, jak mohly vypadat buňky v raných fázích evoluce života na Zemi, případně rozpoznat život jinde ve vesmíru. Z čistě praktického hlediska budeme moci na základě současných bakterií a archeí vytvořit jednodušší modelové organismy sloužící k testování základních buněčných procesů. V neposlední řadě nám související výzkum umetá cestu k navrhování dalších genomů syntetických buněk, které mohou sloužit třeba pro výrobu biopaliv nebo léčiv.