Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Ako sa líšime od šimpanzov?

.broňa Brejová .tomáš Vinař .časopis .veda

Čo robí človeka človekom? Čím sa človek líši od svojho najbližšieho žijúceho príbuzného – šimpanza? Túto otázku, ktorá sa priamo dotýka skutočnej podstaty človeka, nám možno pomôže zodpovedať štúdium genómov.

Človek sa od šimpanza líši v mnohých podstatných i nepodstatných veciach. Ľudia sa pohybujú vzpriamene na dvoch nohách, majú podstatne väčší mozog, dokážu komunikovať pomocou komplexného jazyka, majú na tele menej ochlpenia a podstatne vyššiu variabilitu vo farbe očí. Na druhej strane sa človek a šimpanz občas v správaní až prekvapivo podobajú, či už ide o používanie nástrojov, alebo o schopnosť organizovať sa do skupín za účelom agresie voči nepriateľom.

.ľudský a šimpanzí genóm
Genóm organizmu si môžeme zjednodušene predstaviť ako text napísaný pomocou štyroch písmen (takzvaných báz): A, C, G a T. Postupnosti týchto písmen obsiahnuté v genóme slúžia ako recepty, podľa ktorých sa riadi výroba proteínov a ďalších životne dôležitých molekúl. Tieto molekuly sa starajú o všetky životné procesy a teda určujú veľkú časť vlastností a schopností živého organizmu. Všetko, počnúc tým, že človek má dve ruky a dve nohy, až po jeho farbu vlasov, je zakódované vnútri jeho genómu.
Ľudský genóm, ktorý je postupnosťou zhruba troch miliard báz, poznáme od roku 2001. Ale napriek tomu, že poznáme prakticky celú informáciu uloženú v genóme, zatiaľ nevieme, ako presne sa táto informácia používa v bunke.
Je to, akoby sme dostali knihu, v ktorej vieme čítať jednotlivé písmená, dokonca aj približne poznáme spôsob, akým sa z písmen skladajú slová a vety, ale kniha je v neznámom jazyku a chýba nám k nemu slovník. V takom prípade jazykovedcom môže pomôcť, keď dostanú viacero podobných kníh, v ktorých je napísané takmer to isté, ibaže trochu odlišným spôsobom. A tak na scénu v roku 2005 prichádza šimpanz Clint a jeho genóm.
Porovnanie ľudského a šimpanzieho genómu ukázalo, že sú veľmi podobné. V úseku dĺžky 100 báz je v priemere 99 báz rovnakých a iba jedna sa líši. Frekvencia rozdielov medzi šimpanzom a človekom je teda iba desaťkrát vyššia než medzi genómami dvoch rôznych ľudí, ktoré sa v priemere líšia v jednej z 1 000 báz.
Vysoká podobnosť genómov človeka a šimpanza je spôsobená tým, že približne pred šiestimi miliónmi rokov tvorili predkovia týchto dvoch druhov jeden živočíšny druh a mali teda spoločný genóm. Približne tridsať miliónov jednotlivých báz, v ktorých sa genómy človeka a šimpanza líšia, sa v genómoch nahromadilo od doby, keď sa naše cesty rozišli.
Okrem genómov môžeme porovnávať aj jednotlivé proteíny, ktoré sú v nich zakódované. Približne 30 % proteínov v človeku sa vôbec nelíši od ich proťajšku v šimpanzovi a aj zvyšné sa v priemere líšia len v dvoch zo stoviek až tisícov aminokyselín, ktoré sú stavebnými jednotkami každého proteínu.
Takže máme dva genómy, ktoré sa na jednej strane vo veľkej väčšine báz zhodujú, ale vďaka svojej obrovskej dĺžke majú stále medzi sebou milióny drobných rozdielov. Podľa našich súčasných predstáv však väčšina z týchto rozdielov nemá veľký vplyv na fungovanie organizmu. Len niektoré rozdiely sú naozaj podstatné. Ktoré sú to a ako ich nájdeme?

.pomalé alebo rýchle mutácie?
Tu nám pomôže komparatívna genomika, nová vedná disciplína, ktorá sa zaoberá skúmaním rozdielov medzi genómami pomocou počítačových analýz a zložitých štatistických modelov. Základom komparatívnej genomiky je pozorovanie, že mutácie nie sú rozmiestnené v genómoch rovnomerne. Štatistika nám o niektorých častiach genómu prezradí, že je v nich prekvapivo málo mutácií, čo je obvykle spôsobené tým, že daný región je pre organizmus veľmi dôležitý a ľubovoľná zmena v ňom by mala pre organizmus fatálne dôsledky. Naopak, prekvapivo veľa mutácií, pravdepodobne, poukazuje na zmeny, pomocou ktorých sa organizmus adaptoval napríklad na nové prostredie a tým pádom sa odlíšil od iných príbuzných druhov.
Zoberme si, napríklad, úsek genómu pomenovaný HAR1. Tento úsek, dlhý 118 báz, sa v genómoch sliepky a šimpanza líši len v dvoch bázach, čo je veľmi málo vzhľadom na obdobie tristodesať miliónov rokov od ich spoločného predka. Vyzerá to teda tak, že zachovanie tohto úseku je kľúčové pre prežitie organizmu a aj malé zmeny v tomto úseku môžu spôsobiť vážne problémy. Ale ako potom vysvetlíme, že v tom istom úseku v genóme človeka vzniklo za čas vyše 50-krát menší až 18 mutácií?
HAR1 je aktívny pri vývine mozgu v skorých štádiách tehotenstva. Mohol by tento úsek byť zodpovedný za odlišnosti v štruktúre ľudského mozgu, ktorá poskytla ľudstvu rozhodujúcu evolučnú výhodu? Podobne úsek HACNS1 s 13 ľudskými mutáciami v úseku dĺžky 81 báz zrejme hrá úlohu pri vývine rúk a môže byť zodpovedný napríklad za ľudsky špecifickú polohu palca. V oboch prípadoch ide zatiaľ len o hypotézy a je potrebné vymyslieť, ako by sa dali experimentálne overiť. Aby toho nebolo málo, počítačová analýza ľudského genómu pomocou komparatívnej genomiky nám dáva minimálne ďalších 47 podobných úsekov, o ktorých zatiaľ toho veľa nevieme.

.choroby
Ďalšie informácie o tom, ktoré mutácie sú tie podstatné, prichádzajú – paradoxne – z porovnávania jednotlivých ľudí medzi sebou. Dôležitosť génu FOXP2 bola objavená vďaka tomu, že jeho mutácia spôsobovala dedičné poruchy reči a jazyka v rodine známej pod skratkou KE. Jediná zmena z bázy G na bázu A spôsobuje u ľudí neschopnosť zrozumiteľne rozprávať, sťažuje niektoré pohyby úst a tváre a prejavuje sa aj problémami pri porozumení komplikovanejších vetných konštrukcií a zníženým IQ.
Keď sa pozrieme, ako tento gén vyzerá u šimpanza a mnohých iných primátov, zistíme, že ľudská verzia FOXP2 sa od nich odlišuje v dvoch mutáciách starých menej ako 200-tisíc rokov. Sú však tie mutácie skutočne dôležité pre vývoj reči u ľudí?
Pokusy s myšami na Max-Planck Institute v Liepzigu naznačujú, že pravdepodobne áno. Myši oddávna slúžia vedcom na genetické pokusy, ktoré nie je možné robiť na primátoch či ľuďoch. V tomto prípade vedci vychovali geneticky upravené myši, ktoré mali bežný myšací FOXP2 gén nahradený jeho ľudskou verziou. U týchto „poľudštených" myší vedci objavili niekoľko rozdielov v správaní a v hlasových signáloch, ktoré vydávali mláďatá vyložené z hniezda.
Štúdium mutácií spojených s konkrétnymi ľudskými chorobami má výhodu v tom, že vieme odhadnúť funkciu génov, v ktorých tie mutácie nastávajú. Zaujímavé je, že ak by sme na základe ľudských predispozícií posudzovali genetickú predispozíciu k rôznym chorobám u šimpanza, zistili by sme napríklad, že chudák šimpanz má zvýšené riziko cukrovky, srdcovo-cievnych chorôb, vysokého krvného tlaku a že v starobe pravdepodobne bude trpieť na Alzheimerovu chorobu. Pre všetky tie choroby má časť ľudí rovnakú bázu ako šimpanz a práve tí ľudia sú na príslušnú chorobu viacej náchylní.
Môže to teda vyzerať tak, že šimpanzy sú tvory zle uspôsobené na život, podliehajúce mnohým nebezpečným chorobám. V skutočnosti však tie rozdiely pravdepodobne šimpanzom príliš neškodia a len poukazujú na pomerne „nedávne" adaptívne zmeny u človeka, ktoré súvisia s radikálnymi zmenami životného štýlu ľudskej populácie a s predlžovaním života v posledných desiatkach až stovkách tisícov rokov. V každom prípade nám však pomáhajú identifikovať, čo v našom genóme robí človeka človekom.

.podobní kvasinkám
S naším najbližším bratrancom šimpanzom máme teda spoločných 99 % našej DNA a navyše väčšina z rozdielnych báz asi nemá veľký vplyv na náš organizmus. Dôležité zmeny sa však ťažko lokalizujú v mori náhodných mutácií a ešte ťažšie sa určuje ich funkcia. Preto ostáva ich podrobné zmapovanie výzvou do budúcnosti.
Môžeme však skúmať aj opačný extrém: čo má spoločné náš genóm s genómom pivnej kvasinky Saccharomyces cerevisiae. Na prvý pohľad nie veľa: kým ľudský genóm má 3 miliardy báz a 20-tisíc génov, jednoduchým jednobunkovým kvasinkám na život stačí genóm s 12 miliónmi báz a 6-tisíc génmi. Keď sa však pozrieme na základné bunkové funkcie, ako napríklad delenie buniek, replikácia a oprava DNA, zistíme, že fungujú prakticky rovnako ako v ľudskom genóme.
S kvasinkami sa v laboratóriu manipuluje oveľa ľahšie než so zložitejšími organizmami a vďaka týmto podobnostiam tak kvasinky hrajú významnú úlohu napríklad pri výskume rakoviny. Obyčajné kvasinky, ktoré sa dajú kúpiť v supermarkete za pár centov v kocke droždia, tak môžu zachrániť život hŕbe ľudí.

.autori sú bioinformatici
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.posledné
.neprehliadnite