Přečtěte si DNA

Diagnostické metody v medicíně postupují neuvěřitelným tempem kupředu. Velké množství dědičných chorob nebo náchylností k nemocem lze dnes vcelku rychle a jednoduše zjistit molekulárním vyšetřením. Lékaři se stále více obracejí na laboratoře, které se snaží rozluštit informaci nesenou DNA. Jak ovšem dokáží přečíst vlákno DNA doslova molekulu po molekule?

Důkaz o ústřední roli DNA v uchovávání, přenosu a poskytování informace o vlastnostech živých organizmů byl doložen již ve 30. letech minulého století. Dalších čtyřicet let trvalo, než se vědcům podařilo zašifrovaný kód přečíst. V době, kdy belgický biochemik Friederic Sanger přišel s revolučním postupem umožňujícím do té doby téměř nemožné čtení DNA, nebylo ani potuchy o složitosti čtyřpísmenné abecedy, základu všeho živého.
Než však mohly být otevřeny první knihy života, musely být vyvinuty rychlé a efektivní metody čtení jakékoli extrahované DNA. Model dvojité šroubovice se stal symbolem moderní biologie. Důležité informace o stavbě a délce těla, poloze vnitřních orgánů nebo třeba tvaru listu a barvě květu jsou neseny oběma vlákny zároveň. Jelikož jeden řetězec tvoří předlohu pro druhý, stačí přečíst polovinu točité molekuly, druhá bude jejím pomyslným otiskem.
Jak tedy vlákno „přečíst“? Postup, který navrhl F. Sanger, je vskutku půvabný. V klasické DNA vytváří kostru každého řetězce molekuly nukleotidové báze a fosforečné zbytky. Čtyři typy bází, známých jako písmena A, C, G a T, si lze připodobnit k zdrhovacímu zipu u kalhot. Každá jednotka je pevně spojena se dvěmi dalšími do řetězce a v uzavřené formě se spojuje s druhým vláknem prostřednictvím silových interakcí, výstupků zipu. Pokud ale oddělíme hřbetní stranu jednoho vlákna, řetězec se přetrhne. V řeči molekul dojde ke ztrátě možnosti vazby jedné báze s druhou.

MOLEKULÁRNÍ ZEDNÍK
Moderní chemie je schopná připravit skoro libovolné molekuly šité přímo na míru. Toho biologové využili a nechali zhotovit nukleotidové báze pouze s jedním ramenem. Samotný postup sekvenace (čtení) je s tímto materiálem nasnadě. Molekuly DNA s neznámou šifrou se v roztoku nejprve teplem rozvolní na jednotlivá vlákna. Přidají se potřebné komponenty: DNA-polymeráza (jakýsi molekulární zedník přidávající jednotlivá písmena v řadě za sebou), primery (pomáhající zedníkům vymezit oblast práce) a konečně čtyři písmena zastoupená nukleotidovými bázemi, jak klasickými, tak i pozměněnými s jedním „ramenem“ v poměru 100:1. Jednoramenné báze jsou v každém roztoku vždy jen jednoho druhu. Máme pak odlišné směsi, kde probíhá reakce. Polymeráza začne syntetizovat nový řetězec, přidávat písmena. V okamžiku, kdy zařadí modifikované, jednoramenné písmeno, se stavba vlákna zastaví. Zkoumaný roztok obsahuje obrovské množství kopií jediné DNA, a tak nakonec dostaneme spoustu vláken, která se budou lišit vždy o jedno písmeno.
Rozdílná délka zapříčiňuje i jinou hmotnost. Rozdělit molekuly podle hmotnosti již není problém. Metody elektroforézy, kdy se vlivem elektrického pole na tenkém gelu těžší části oddělí od lehčích, jsou známy delší dobu. Každá ze čtyř analyzovaných směsí se podrobí rozboru a vzájemně se porovnají místa, ve kterých řetězce končí. Toť vše.

CO PŘINESE POSTGENOMOVÁ ÉRA?
Princip metody, kterou k sekvenování použil Sanger, se dodnes nezměnil. Jen technické provedení bylo plně automatizováno. Takže není třeba složitě odečítat z gelu, ale stačí pohled na monitor počítače s barevnými křivkami. Modifikované báze totiž nesou vázánu fluorescenční barvičku a při hmotnostní separaci emitují dané světlo detekované přístrojem.
Dnešní doba je mnohými molekulárními biology označována jako tzv. postgenomová éra. Během posledních let byly totiž dokončeny projekty, které měly za úkol zdokumentovat genetickou informaci základních modelových organizmů. Slavná střevní bakterie E. coli, pekařská kvasinka, rostlinka huseníček, elegantní háďátko, malá muška a konečně člověk představují pro genetiku zástupce téměř všech skupin živých tvorů. Společným úsilím mnoha výzkumných týmů z celého světa se podařilo dojít ke zdárnému konci a úspěšně zakončit mapování DNA těchto organizmů. Bude-li někdo chtít porovnat úsek DNA mouchy a člověka, stačí otevřít tlustou knihu o souvislém textu ze čtyř písmen a číst.
A jaké praktické využití přináší možnost čtení jakékoli části DNA? Jako nic na světě není bez chyb, i kopírování a přenos DNA uvnitř lidských buněk má daleko k dokonalosti. Čas od času se přehodí třeba jen jedno písmeno. Ovšem i tak malá změna může mít pro celý organizmus fatální důsledky. Poznáme-li včas poruchu v sekvenci, která je příčinou choroby, otevírá se nám cesta k budoucí cílené léčbě genovou terapií (nahrazením „chorobného“ genu zdravým).
Další potenciál představuje metoda sekvencování pro kriminalistické využití. Každý člověk (mimo jednovaječných dvojčat) je genetický originál. Rozdíly jsou ale velmi jemné a k jejich rozpoznání nastupují právě sekvenční techniky.
Možností je celá řada a postupem času se objevují stále nová uplatnění získaných poznatků. Nejen biologii blízké vědy přistupují k DNA se zájmem. V budoucnu se znalost „život kódující“ sekvence stane běžnou součástí našeho života. Jak ale bude s novými poznatky naloženo, je jen na lidech samotných.