To, že se určité vlastnosti lidí, zvířat i rostlin přenášejí z rodičů na potomky, si lidé všimli už dávno. Principy dědičnosti poodhalil teprve Johann Gregor Mendel, který se narodil přesně před 200 lety - 20. 7. 1822. V té době ovšem ještě nevěděl vůbec nic o DNA - úžasné molekule, která v pozadí dědičnosti stojí - a určitě by ho ani ve snu nenapadlo, jakými fascinujícími způsoby jsou jím objevená pravidla dědičnosti zajištěna. Na následujících řádcích můžete některá tajemství a zajímavosti genetiky odhalit.
Těla všeho živého jsou složena z velkého počtu různých bílkovin (proteinů). Ty neslouží jen jako stavební materiál, jsou totiž i vlastními dělníky, kteří naše těla staví a pohybují jimi, jsou stavebním dozorem, skladníky i obránci, regulují veškerý provoz a vyrábí a zpracovávají nejen nové bílkoviny, ale i další materiál potřebný ke stavbě a zajištění provozu buňky. Všechny bílkoviny jsou sestaveny z 22 základních stavebních kamenů - aminokyselin. Tato “písmena” bílkovinné abecedy jsou buňkami spojována do různě propletených a vzájemně propojených řetízků, které jsou případně ještě dodatečně upravovány.
Jak ale buňka pozná, jak mají jít jednotlivá “písmena” za sebou? K tomu slouží právě ona slavná dvoušroubovice DNA, která je v podstatě ohromnou knihovnou receptů na výrobu všech bílkovin toho či onoho živočicha nebo rostliny. A to knihovnou ne ledajakou, všechny recepty jsou zašifrovány! DNA totiž - na rozdíl od bílkovin - obsahuje pouze 4 “písmena” (stavební bloky) a kouzlo genetiky spočívá v tom, že vždy 3 po sobě následující “písmena” DNA šifrují některé z 22 “písmen” bílkovinné abecedy.
V jediné lidské buňce jsou 2 metry DNA
Dobře, DNA je knihovna šifrovaných receptů na výrobu bílkovin - těch je ale hodně, jak velká je tedy tato knihovna třeba u člověka? Nejčastější způsob “poskládání” dvoušroubovice v buňkách je tzv. B-DNA forma, u které na jednu otáčku dvoušroubovice připadá asi 10,5 páru písmen a jeden pár písmen zabírá délku asi 0,332 nm (milióntin milimetru).
DNA v lidských buňkách ale není ve formě jednoho nepřerušovaného vlákna, je rozdělena na 23 menších kousků zvaných chromozomy. Protože od každého z rodičů máme jednu sadu těchto kousků, celkem je v jedné lidské buňce 46 chromozomů (23 párů). Poslední, 23. pár chromozomů je pohlavní - u muže XY, u ženy XX - a chromozom Y je výrazně kratší než chromozom X (logicky, nese úplně jiné geny, které odpovídají za pohlavní vývoj muže). Podle posledního měření lidského genomu (souboru chromozómů) zveřejněného letos v dubnu sestává chromozomální genom ženy z 6 109 630 944 písmen a u muže z 6 017 831 407 písmen. Samozřejmě, jsou zde drobné odchylky v délce mezi i různými lidmi, takže daná čísla nemusí sedět úplně do posledního písmenka. Každopádně pokud je pečlivě vynásobíme, vyjde nám, že genom ženy zabírá 2,03 metru a genom muže je o 3 centimetry kratší. Je to dáno právě kratším pohlavním chromozomem Y u mužů.
Co se týče velikosti, tak ale lidský genom rozhodně není největší na planetě. Suverénně ho překonává řada druhů, vedle Mendelova oblíbeného hrachu (s 4,5 miliardy písmen DNA na jednu sadu sedmi chromozomů) jsou výraznými rekordmany bahník východoafrický (ryba) s genomem 40x větším než lidský nebo vranní oko japonské (Paris japonica), které má DNA dokonce 50x víc. Zdá se, že minimálně u rostlin jsou tyto velké genomy tvořeny opakujícími se sekvencemi, které tvoří jakousi netečnou, genetickou “temnou hmotu”.
A ještě kousek lidské mitochondriální DNA navíc
Abychom byli přesní, DNA není v lidských (ani živočišných a rostlinných) buňkách jen v jádře, ale najdeme ji také v mitochondriích - buněčných elektrárnách, bez nichž by naše buňky mohly jen těžko fungovat. Ty jsou potomky původně samostatných bakterií, které v dávné minulosti navázaly spolupráci s prapředky dnešních (jaderných) buněk, a výměnou za kyslík nám vyrábějí energii. Dnes už je toto spojenectví poměrně úzké, ale jako památku na svůj původ si mitochondrie stále nesou svoji vlastní, kruhovou DNA o délce 16 571 písmen.
Některé naše buňky mitochondrie druhotně nemají (např. červené krvinky) nebo jich mají velmi málo (např. krevní destičky), ale většinou jsou v běžné buňce stovky až tisíce mitochondrií. Jelikož každá z nich obsahuje 2-10 kopií mitochondriální DNA, můžeme počítat s tisíci až desetitisíci kopiemi mitochondriální DNA na průměrnou lidskou buňku. Z jedné lidské buňky bychom tak mohli kromě DNA z jádra dostat ještě řetízek mitochondriální DNA o délce asi 0,5 - 5,5 cm. Kdo chce, může tuto délku připočítat ještě k výše zmiňovaným 2 metrům.
Od Slunce až k Plutu
Jestliže máme v každé naší buňce 2 metry DNA, jak dlouhý řetízek bychom získali z celého člověka? Odhaduje se, že lidské tělo je složeno z asi 30 biliónů (30 x 1012) buněk. Ne všechny ale obsahují DNA - například červené krvinky nebo krevní destičky jádro a vlastní DNA druhotně nemají. A zrovna tyto dva typy buněk patří u člověka k nejpočetnějším, červené krvinky tvoří 84% všech buněk v lidském těle, krevní destičky as 5%. Když tedy odečteme všechny tyto bezjaderné buňky, zbyde nám asi 3 bilióny buněk, které obsahují jádro a v něm přinejmenším 2 metry DNA.
Na druhou stranu v lidském těle najdeme i buňky, které mají DNA více - buňky, které se zrovna dělí, jí mají 2x tolik (každá z obou vznikajících buněk musí mít opět obě sady chromozomů), některé buňky jater, ledvin, srdeční svaloviny nebo kostní dřeně mohou obsahovat i 4-8x více DNA, megakaryocyty, ze kterých vznikají krevní destičky, mají DNA až 64x více a třeba určité buňky placenty (která ale vzniká jen u žen při těhotenství) mají až 1000x více DNA.
Vynásobíme-li počtem odhadovaných buněk alespoň ty “standardní” 2 metry, dojdeme k číslu 6 miliard kilometrů - což je vzdálenost daleko přesahující nejbližší bod, kterým prochází trpasličí planeta Pluto při svém oběhu kolem Slunce (4.4 miliardy km). Dá se tak říci, že DNA z člověka měří asi 6 miliard kilometrů - od Slunce až k Plutu. Samozřejmě toto číslo je založeno na odhadu počtu lidských buněk, ideální by bylo ověřit to experimentem, kdy by se příslušný náhodně vylosovaný jedinec hodil do mixéru, DNA se z něj vyextrahovala a pak by se už jen trpělivě proměřovalo. Doma to ale raději nezkoušejte!*
Ondřej Lenz
Zdroj: BC AV ČR
