V Brně umíme analyzovat genom

doubek-01Brno, 18. dubna 2012 - Veškeré informace o nás jako lidech, vlastně veškeré informace o naprosté většině živých organismů, jsou ukryty především v deoxyribonukleové kyselině, oné známé DNA. Slovo genom je vlastně synonymem pro kompletní DNA, která je ukryta v buněčném jádře v jedné sadě chromozómů, do kterých se DNA skládá. V buňkách máme dvě sady chromozómů, jednu z nich jsme zdědili od otce a druhou od matky. Genom člověka tvoří asi 20 500 známých genů. Geny ale tvoří jen malou část DNA (asi 1,5 %). Daleko větší úseky DNA nejsou složeny z žádných genů a jejich funkce se stále zkoumá. Jisté je, že nějakou funkci i tyto části mají a mít musí. Něco už poznáno bylo, ale to nepatří do tohoto povídání.

V naší DNA je zakódována spousta informací, které ovlivňují naše životy. Donedávna jsme ale tyto informace nedokázali číst jako celek, uměli jsme přečíst jen jejich velmi malé části, a to i přesto, že objev DNA je starý už téměř 60 let. Bylo sice známo, že u některých nemocí lze nalézt změnu (mutaci) toho a toho genu, nebo že jiné nemoci jsou spojené s nesprávným přeskupením genetické informace v buňkách, ale číst genom jako celek dlouho nebylo možné. Až mnohem později po objevu DNA bylo možné analyzovat genom baktérie Haemofilus influenzae, která způsobuje například záněty horních cest dýchacích. Tahle baktérie má ale jen 1 740 genů a jen 1 830 140 párů bází (nukleotidů) DNA, což je zlomek lidské DNA, protože člověk má 3,2 x 109 párů bází ve své DNA!

Nicméně díky nezměrnému úsilí se nakonec podařilo rozluštit a přečíst i celou lidskou DNA. Podařilo se zjistit sekvence párů bází DNA pěkně jednu po druhé. Stalo se tak v roce 2001. Tento objev zveřejnily časopisy Science a Nature (obrázek 1). První popsaný genom ale nebyl genomem jednoho konkrétního člověka. Byl získán analýzou úseků DNA různých lidí v různých laboratořích. Netrvalo nicméně dlouho, a také první individuální genom byl prozkoumán. Tím člověkem, jehož genom byl rozluštěn jako první, byla jedna z výrazných osobností světové biologie prof. John Craig Venter. Analýza jeho genomu vyšla roku 2007. O rok později, v roce 2008, byl uveřejněn genom druhého člověka, jímž byl nositel Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu, jeden z objevitelů DNA prof. James Dewey Watson. Srovnáním analýz genomů těchto dvou mužů bylo zjištěno, že tyto dvě osoby mají rozdílných 7 648 aminokyselin, což jsou stavební kameny bílkovin.

doubek-02Sekvenátor nové generace 5500 SOLiDTM, který vlastní Středoevropský technologický institut v Brně.

Z analýzy těchto dvou genomů vyplynula řada otázek. Jak se liší genomy dalších lidí? Jak se liší genomy různých etnik? Je možné z genomu vyčíst dispozice daného člověka k nějaké chorobě? Některé otázky jsou až na úrovní sci-fi. Je možné z genomu poznat, jaký člověk bude? K čemu bude mít předpoklady? Bude v nějaké činnosti geniální? Není cílem na všechny tyto otázky najít odpověď. Na některé by se určitě ani odpovídat nemělo, ale i tak nyní genom fascinuje molekulární biology. V současné době probíhá řada projektů, které mají za cíl popsat genomy co největšího počtu lidí, zjistit co nejvíce genetických variací mezi lidmi a poznat, které variace jsou spojeny s některými nemocemi a které ne, probíhají projekty, které si kladou za cíl popsat genomy nádorových buněk a rozluštit, čím vším se liší od těch zdravých. Prvních 1 000 lidských genomů bylo prozkoumáno v roce 2010. Z této analýzy vyplývá, že lidé se mohou lišit 15 milióny záměn jednotlivých nukleotidů ve své DNA, že se mohou lišit 1 miliónem krátkých inzercí nebo delecí do DNA a 20 000 strukturních variací. Nyní jde o to, poznat, které z těchto změn predisponují člověka k tomu nebo onomu a jaký vliv na DNA mají i další faktory, které z DNA přímo nevychází, například to, v jakém prostředí se konkrétní buňka nachází.

Analýza genomu otevírá dveře k dalšímu poznání řady nemocí. Například v onkologii se metody analýzy genomu zkouší ke stanovení předpovědi vzniku nádorových nemocí, k detekci změn DNA získaných během života a změn vrozených, ke zjištění změn genomu v průběhu zhoubného onemocnění a jeho léčby.

V současnosti lze genom analyzovat tak zvanou metodou sekvenování DNA. K tomu slouží přístroje, sekvenátory. Jeden sekvenátor nejnovější generace je schopen rozluštit genom (sekvenci bází) člověka během několika dní. To ale samo o sobě ještě není vlastní analýzou genomu. Data ze sekvenátoru je nutné dále zpracovat výkonnými počítači. Takovéto zpracování trvá týdny a musí ho řídit velmi zkušení bioinformatici. Metody analýzy genomu zažívají v současnosti obrovský boom. Výzkumné týmy se předbíhají v pořizování sekvenátorů k analýze genomu a dalších přístrojů, které jsou k tomu zapotřebí. Pořídí-li si někdo nový sekvenátor, tak v okamžiku, kdy ho zapojí ve své laboratoři, lze tvrdit, že tento přístroj už není nejnovější. Výrobci sekvenátorů se předhání ve vylepšování svých produktů. Trvala-li analýza genomu před 10 lety roky, pak dnes trvá dny nebo týdny. Stál-li projekt HUGO (projekt analýzy prvního lidského genomu) 3 miliardy dolarů, pak dnes stojí analýza jednoho genomu „jen" statisíce korun. Nejrychleji se v současnosti metody analýzy genomu rozvíjí v Asii, především v Číně, ale i dalších zemích. V Pekingském genomickém institutu (BGI) dnes stojí stovky sekvenátorů, které zanedlouho dokážou analyzovat 15 000 genomů ročně (lidí, živočichů, rostlin). BGI nyní ve světě co do kvantity analýz (prováděných tam dnes už i komerčně) nemůže nikdo konkurovat. Nicméně některé projekty se mohou úspěšně rozvíjet i v dalších zemích, Českou republiku nevyjímaje. V současnosti už sekvenátory k analýze genomu pracují i v Brně a už na nich bylo uskutečněno několik objevů, například analýzy některých genů nádorových buněk u chronické lymfocytární leukémie. Brno se tak stává jedním z předních evropských pracovišť, kde je možné genomy studovat, což nemá význam jen vědecký, ale zcela jistě bude možné i u nás metody analýzy genomu využít komerčně.

Prof. MUDr. Michael Doubek, Ph.D.
Interní hematoonkologická klinika LF MU a FN Brno
Středoevropský technologický institut MU Brno
E-mail: Tato emailová adresa je chráněna před spamboty, abyste ji viděli, povolte JavaScript

Vyšlo v Brno Business & Style

Přidat komentář


Bezpečnostní kód
Obnovit