SME
Streda, 21. október, 2020 | Meniny má UršuľaKrížovkyKrížovky

Miliónový genóm Jamesa Watsona

Dnešný britský Nature prináša správu o kompletnej genetickej informácii Jamesa Watsona. Americkí vedci pri jej sekvenovaní použili novú a oveľa rýchlejšiu metódu, s pomocou ktorej možno kompletný genóm spoznať už o dva mesiace.

James Dewey Watson (1928) sa mimoriadne zaslúžil o určenie stavby kľúčovej molekuly, určujúcej minulosť, prítomnosť i budúcnosť nášho bytia - DNA. V roku 1962 za to dostal s Francisom Crickom a Mauriceom Wilkinsom Nobelovu cenu v oblasti fyziológie aleboJames Dewey Watson (1928) sa mimoriadne zaslúžil o určenie stavby kľúčovej molekuly, určujúcej minulosť, prítomnosť i budúcnosť nášho bytia - DNA. V roku 1962 za to dostal s Francisom Crickom a Mauriceom Wilkinsom Nobelovu cenu v oblasti fyziológie alebo

Metóda je tiež oveľa lacnejšia, no genetické sebapoznanie aj tak stále stojí milión dolárov. Publikácia prichádza symbolicky v období, keď si pripomíname 55. výročie objavu stavby molekuly DNA, zverejneného v rovnakom časopise. Autormi vtedajšieho prelomového článku boli James Watson a Francis Crick.

BRATISLAVA. Americkí genetici zverejnili prakticky kompletný genóm spoluobjaviteľa štruktúry DNA Jamesa Watsona. Vypustili iba úsek týkajúci sa rizika Alzheimerovej choroby. Údaje možno nájsť na internete, k dispozícii je aj potrebný softvér.

V porovnaní so štandardnou ľudskou DNA z projektu ľudského genómu našli vo Watsonovom genóme okolo 3,3-milióna odlišností na úrovni jednotlivých "písmen" DNA. Zväčša sú asi biologicky neutrálne, no okolo 11-tisíc mení sled aminokyselín v bielkovinách a preto zrejme i funkciu predmetných bielkovín v tele. Ďalšie odlišnosti v poradí jednotlivých "písmen" DNA zaiste prispievajú k odlišnostiam regulácie tvorby bielkovín.

Sú to podobné čísla ako pri J. Craigovi Venterovi, ktorý ako prvý človek sprístupnil svoj genóm na internete. Watson sa od Ventera líši 7648 zmenami kódovania tvorby bielkovín. Vedci navyše pri Watsonovi odhalili vyše 200-tisíc vsunutí alebo výpadkov a znásobení úsekov DNA, pričom išlo aj o dosť veľké časti chromozómov. Nová metóda je v porovnaní s predchádzajúcou presnejšia, lebo vynecháva z hry bakteriálne klonovanie.

Watsonov genóm pomohol odhaliť viaceré neznáme gény. Na druhej strane sú zatiaľ bádatelia v rozpakoch z toho, čo z tejto znalosti možno odvodiť o Watsonových vlastnostiach a prognózach do budúcnosti. Je to podobná situácia ako pri skúmaní ľudských dejín: archeologické vykopávky sú užitočné, no najspoľahlivejšiu interpretáciu prinášajú písomné pramene. Medicínske využitie vyžaduje podstatne širší okruh ľudí, ba celé špecifické populácie so známymi genómami. Práve Watsonov genóm však posúva medicínske a iné praktické využitie sekvenovania z ríše snov do skutočnosti.

Ako na to išli

Určovanie sledu dusíkových báz v DNA - sekvenovanie - sa premenilo na takmer priemyselnú činnosť. Laboratóriá, kde prebieha, začali pripomínať skôr továrne ako bádateľské pracoviská. Cena "produktu" dosiahla stovky miliónov dolárov. Priemysel pripomínalo aj konkurenčné úsilie dvoch vedeckých konzorcií, ktoré koncom 20. storočia sekvenovali ľudský genóm. Verejnoprospešné konzorcium financovali viaceré štáty, najmä USA, a ich výskumno-vzdelávacie inštitúcie. Konkurenciou bola americká firma Celera Genomics J. Craiga Ventera. Napriek kontroverznosti niektorých jej postupov, ako pokusov o patentovanie častí genómu, má nehynúcu zásluhu na urýchlení projektu.

Obe konzorciá využívali varianty metódy, ktorá spočívala v rozdelení DNA ľudského genómu na úseky dlhé asi tisíc "písmen", vytvorené pomocou baktérií spôsobom, ktorý pripomínal klonovanie. Poslúžilo na to genetické inžinierstvo. Každý úsek potom spracovávali vo vlastnom "kúpeli" s objemom milióntiny litra na sklennej doštičke, kde bolo takých "kúpeľov" viac. Spracovávanie zahŕňalo niekoľko biochemických krokov. Po nich prišla analýza elektroforézou v asi meter dlhej tenučkej trubičke zo skla. Určenie sledu troch miliárd "písmen" základnej sady ľudskej DNA si vyžadovalo spracovanie desiatok miliónov podobných vzoriek.

Stokrát nižšie náklady

Sekvenovanie ľudského genómu pracovalo so vzorkami DNA anonymných darcov. Vlaňajšok však priniesol ďalší míľnik, keď Venter s kolegami uverejnil vlastný genóm. Sprevádzala to prirodzená vlna mediálneho vzruchu, no v odbornej obci publikácia nevzbudila veľa pozornosti. Jednak veľká časť výsledkov už bola známa odinakiaľ, hoci zahalená rúškom anonymity majiteľa DNA, jednak boli získané tradičnou metódou, využitou pri projekte ľudského genómu. A hlavne stále boli drahé. Na hromadné praktické využitie v medicíne treba, aby náklady sekvenovania DNA jednotlivca klesli na tisíc dolárov. Dôležitou etapou na ceste k tomuto cieľu je práve zverejnená Watsonova DNA.

Získali ju novou metódou, spočívajúcou v masívnej paralelizácii potrebných krokov - biochemických i meracích. DNA pripojili k syntetickým guľôčkam a spracovali enzýmami. Guľôčky pri tom boli v drobných vodných kvapkách emulzie z vody a oleja. V jedinej skúmavke takto mohli paralelne spracovávať vyše stotisíc vzoriek. Nasledovali optické merania guľôčok v pikolitrových "kúpeľoch" (predpona piko- označuje bilióntinu) na konci sklenného vlákna v rámci vláknovoptického zväzku, vlastné sekvenovanie.

Výsledkom je zrýchlené prečítanie ľudského genómu, trvajúce iba dva mesiace. A prudký pokles nákladov na približne stotinu, teda necelý milión dolárov.

Analýzu Watsonovho genómu uverejnil v Nature tím Jonathana Rothberga z Rothbergovho ústavu detských chorôb v Guildforde (Connecticut) a Richarda Gibbsa z Baylorovho lekárskeho kolégia v Houstone (Texas). Prvým autorom článku je Gibbsov kolega David Wheeler. Sekvenovanie vykonali pracovníci a nové prístroje firmy 454 Life Sciences z Bradfordu (Connecticut), čo je súčasť diagnostickej divízie švajčiarskeho farmaceutického koncernu Roche. V Nature tento veľký pokrok komentoval priekopník sekvenovania ľudského genómu Maynard Olson z Washingtonskej univerzity v Seattli.

Čítanie v knihe človeka

Informácia v DNA určuje stavbu a fungovanie celého nášho organizmu. Je zapísaná sledom rôzne sa striedajúcich štyroch dusíkových báz, adenínu, guanínu, cytozínu a tymínu, vlastne bázových párov: buď adenín-tymín, alebo guanín-cytozín (molekula DNA, to sú dve okolo seba sa ovíjajúce špirály). Bázové páry predstavujú akési "písmená" DNA. Dokopy tvoria genóm, základnú dedičnú informáciu v jadre ľudskej bunky. Ľudská jadrová DNA má takých "písmen" asi tri miliardy. Keďže po rodičoch dedíme dve kópie každého z našich 23 chromozómov (22 telových a 1 pohlavný), po jednom od matky a otca, vychádza výsledná bilancia ľudského genómu asi šesť miliárd "písmen".

Prečítanie tejto "knihy človeka" znamená obrovský výkon. Trvalo takmer desaťročie, kým sa ho v roku 2000 podarilo zavŕšiť aspoň v hrubej verzii. Výsledky uverejnili vo februári 2001, úplná verzia sa však zrodila až v roku 2003, kvalitnejšia v roku 2005. Sčasti tí istí vedci súbežne predkladali podrobné analýzy jednotlivých ľudských chromozómov - poslednú v roku 2006.

Jonathan Rothberg, jeden zo šéfov sekvenovacieho tímu, odovzdal v Baylorovom lekárskom kolégiu v texaskom Houstone Watsonovi jeho genóm na prenosnom harddisku už v máji 2007. FOTO - COLD SPRING HARBOR LABORATORY; BAYLOR COLLEGE OF MEDICINE CREATIVE SERVICES.

Skryť Vypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

Koronavírus: Slovensko má denné maximum nakazených, v hre je lockdown (minúta po minúte)

Nakazených koronavírusom na Slovensku je 25 100 osôb. Pandémia Covid-19 si doteraz vyžiadala 98 obetí.

Na snímke minister obrany SR Jaroslav Naď (OĽaNO) počas brífingu s novinármi po skončení 45. schôdze vlády SR 21. októbra 2020 v Bratislave.

Čo musíte vedieť o celoplošnom testovaní? Ministerstvo zverejnilo postup

Testovanie na koronavírus sa uskutoční počas troch víkendov.

Testovanie ľudí pred nemocnicou na Kramároch.
Stĺpček Osmelené

Odporný boj o maternice sa nekončí. Dáme si polročnú pauzu a začneme odznova

Záborská avizuje, že sa nevzdáva.

Soňa Jánošová
Peter Sagan na Giro d'Italia 2020.

Neprehliadnite tiež

Koľko známych vesmírnych objektov na fotke nájdete? Fotka Tomáša Slovinského sa už tretíkrát za posledný rok stala Astronomickou snímkou dňa NASA.

Test: Fitbit Sense sú hodinky, ktoré sa starajú o vaše zdravie

Pripravte sa na množstvo štatistík a mesačné predplatné.

Podcast Zoom

Zoom: Odhalili maximálnu rýchlosť zvuku

Týždenný podcast o novinkách z vedy.