Před 70 lety vědci popsali DNA. Otevřeli tím knihu života

Zhruba stejný počet genů jako škrkavka a méně genů než kukuřice má Homo sapiens, jehož genom je z 99 procent stejný jako genom šimpanze či neandertálce. I tyto zajímavosti zjistili vědci díky objevu struktury DNA (deoxyribonukleové kyseliny), který oznámili před rovnými sedmdesáti lety, 25. dubna 1953.

Přelomový článek má jednu jedinou stránku. Vyšel v odborném časopise Nature a doprovází ho jen jeden obrázek – je na něm dvojitá šroubovice. 

Britové Francis Crick a Maurice Wilkins a Američan James Watson v této práci jako první přinesli model DNA a popsali její kopírovací mechanismus. Od té doby je DNA zásadním nástrojem v diagnostice nemocí, testech otcovství, při vyšetřování zločinů, přípravě plodin s novými vlastnostmi, informatice, paleontologii a antropologii či třeba hledání příbuzenských vztahů mezi organismy.

Za svůj objev dostala vědecká trojice v roce 1962 Nobelovu cenu. „V celé historii vědy neexistuje molekula, která by dosáhla tak ikonického statusu jako dvojitá šroubovice DNA,“ napsal v publikaci The Mona Lisa of Modern Science Martin Kemp z Oxfordské univerzity.

„Myslíme si, že jsme objevili základní kopírovací mechanismus, jímž život pochází z života,“ oznamoval 19. března 1953 Crick svému dvanáctiletému synovi v dopise. V časopise Nature pak 25. dubna 1953 vyšla kromě článků Watsona, Cricka a Wilkinse i stať anglické biofyzičky Rosalind Franklinové, která pomocí rentgenové krystalografie zkoumala DNA a jako první přišla na to, že má struktury spirály. Watson a Crick pak zjistili, že je dvojitá. Franklinová ale Nobelovu cenu nedostala, protože zemřela již v roce 1958.

Molekula, která tvoří život

A jak vlastně DNA vypadá? Představit si ji lze jako zkroucený žebřík, v němž jsou příčky tvořené párem bází A (adenin) proti T (thymin) a C (cytosin) proti G (guanin). Každá příčka je jako „písmeno“, ta tvoří slova a věty. Těchto příček (písmen) je u člověka asi tři miliardy. Při dělení buňky se DNA kopíruje tak, že se dvoušroubovnice rozevře jako zip a k uvolněným bázím jednoho pramene se připojí odpovídající nové báze.

U rostlin a živočichů je většina DNA uložena v buněčném jádru, konkrétně v chromozomech, jež pod mikroskopem vypadají jako pentličky. Na nich jsou jako korálky na šňůrce navlečeny geny. Geny jsou tedy konkrétní úseky DNA se specifickou funkcí, které při dělení buňky utváří své kopie, a přenáší se tak do dalších generací. Malá část DNA je mimo jádro (mitochondriální DNA).

Nahrávám video

Kopie a bílkoviny

DNA má dvě důležité vlastnosti: schopnost vytvářet své vlastní kopie a schopnost řídit produkci bílkovin v buňce, čímž určuje její podobu i vlastnosti.

Kopírování probíhá tak, že se dvoušroubovice rozdělí na dvě jednoduché spirály, pak se na volné poloviny příček připojí odpovídající báze a nakonec se nově napojené báze pospojují prostřednictvím deoxirybózy a fosfátů. Z jedné molekuly DNA tak jsou dvě.

Řízení produkce bílkovin se odehrává tak, že se dvoušroubovice DNA rozpojí na dvě jednoduché spirály, ale na druhé straně příček žebříků se začne odehrávat něco jiného: místo thyminu se na adenin připojuje jiná báze, které se říká uracyl. Tak vznikne pouze jednoduchá šroubovice nukleové kyseliny RNA, která putuje dál do buňky, aby se podle jejích částí vyráběly příslušné bílkoviny.

První kroky

Za objevitele DNA je považován švýcarský lékař Friedrich Miescher, který v roce 1869 při studiu hnisu z obvazů nemocných zjistil přítomnost nebílkovinné látky v jádru buněk a nazval ji nuklein. O dvacet let později poznal německý patolog Richard Altmann, že jde o kyselinu. Další Němec Albrecht Kossel v roce 1902 identifikoval její báze a v roce 1909 a 1929 Američan litevského původu Phoebus Levene odhalil ribózu a deoxyribózu. Práce o tom, že dědičnou informaci nese DNA, vyšla v únoru 1944 a jejím autorem byl kanadský imunolog Oswald Avery.

V roce 1990 byl v USA zahájen projekt rozluštění lidského genomu, což je souhrn veškeré genetické informace člověka. To se z 92 procent podařilo v roce 2003 a závěry byly překvapivé – například že člověk má jen asi 20 000 genů (dříve se odhadovalo 100 000), což je skoro stejně jako mají mnozí bezobratlí tvorové. Více mají i některé druhy rostlin. Až loni oznámil mezinárodní tým vědců z tohoto projektu, že poprvé rozluštil kompletní lidský genom (vědcům se v dubnu 2003 podařilo přečíst 92 procent lidského genomu, zbylých osm procent přečetli teprve loni).

Podobnost lidského genomu s genomem šimpanze je až 99procentní, nicméně při třech miliardách „písmen“ DNA i jedno procento znamená 30 milionů odlišných „písmen“. To platí i u člověka jako druhu – 99 procent genomů všech lidských jedinců je shodných, přesto DNA funguje jako nezaměnitelný „průkaz totožnosti“. Metodu „genetické daktyloskopie“ vyvinul jako první britský genetik Alec Jeffreys v roce 1984.

Praktické využití vidíme každý den

DNA je středem zájmu vědců z mnoha oborů, byly vyvinuty promyšlené techniky její izolace, separace, barvení, sekvenování, umělé syntézy a manipulace s ní pomocí metod genového inženýrství. Všechny tyto postupy jsou důležité i pro lékaře, kriminalisty či evoluční biology – vědě se významně rozšiřují možnosti poznání.

Například čtení genetického kódu organismů umožňuje určit jejich příbuznost s jinými druhy i genetickou historii. Využití má objev DNA i v životním prostředí, protože geneticky modifikované bakterie dokážou levně a ve velkém zneškodňovat odpady a ropné produkty.

Představuje také významného pomocníka paleontologů a antropologů; genetická informace ve fosiliích umožnila určit příbuznost a vztahy poddruhu Homo sapiens s poddruhem neandertálců (loni za to dostal Nobelovou cenu švédský biolog Svante Pääbo). Genetický výzkum také dovolil stanovit vývoj lidských populací či migrací.

Velké využití má znalost DNA v medicíně. Znalost genetického kódu totiž umožňuje předpovídat riziko přenosu genetických chorob z rodičů na potomstvo a příslušnými úpravami genomu jim zabránit. Vědci doufají, že výsledkem výzkumu by jednou mohly být potravinové komponenty s preventivním účinkem proti některým chorobám vyššího věku, například osteoporóze, onemocnění srdce a cév, Alzheimerově a Parkinsonově nemoci.

Někteří vědci věří, že díky genovému inženýrství končí éra nahodilé evoluce člověka. Bude možné „vytvářet“ lidi výkonnější, odolné vůči nemocem, schopné žít a pracovat v nepřátelském prostředí, včetně vesmíru.

Dvojitá šroubovice DNA je také nejstarší paměťové médium Země a současně také paměť s nedostižně největší hustotou zápisu – na prostým okem neviditelnou molekulu se musí vejít kompletní informace o „konstrukci“ a fungování jakéhokoliv tvora včetně nejsložitějších savců. Proto jsou často diskutované projekty DNA počítačů nebo DNA v roli datového úložiště.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Světu ubývá pitná voda. Zásadní vliv má zemědělství, ukázala data z družic

Současné sucho, které je cítit v mnoha částech světa, nepřišlo z čistého nebe. Je důsledkem ubývání vody za poslední dvě desítky let. Ukazují to data z amerických družic, přičemž úbytek vody je intenzivní nejen viditelně na povrchu, ale také u podzemních přírodních rezervoárů.
před 6 hhodinami

Konspiracím věří méně lidí, než si myslíme, říká slovenská expertka

Velmi účinným způsobem, jak vyvracet nejrůznější konspirační teorie, je upozornit jejich šiřitele, jak málo lidí jim věří. Naznačuje to mezinárodní studie s významným slovenským podílem, jejíž autorka Vladimíra Čavojová poskytla rozhovor ČT24.
před 8 hhodinami

AI by mohla napadat i chytré spotřebiče, varuje Anthropic. Šířila by se jako hlenky

Společnost Anthropic, která patří k průkopníkům v oboru umělých inteligencí (AI), upozornila na možnost, že už během několika měsíců by mohly být tyto autonomní programy schopné napadat nejen webové stránky, ale také spotřebiče v běžných domácnostech.
před 11 hhodinami

Vozítko Perseverance překonalo rekord ve vzdálenosti ujeté na jiném světě

Americké vozítko Perseverance, které od února 2021 zkoumá Mars, se stalo vozidlem s nejdelší ujetou vzdáleností na jiném vesmírném tělese než na Zemi, když na povrchu rudé planety urazilo už 45,2 kilometru. Rover velikosti automobilu překonal dosavadní rekord svého předchůdce Opportunity, který po Marsu jezdil v letech 2004 až 2018. Oba rovery předčily i vzdálenosti všech vozítek, která kdy operovala na Měsíci. Informoval o tom Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA).
před 12 hhodinami

Mýtus o hysterii trvá. Lékaři u žen častěji než u mužů přisuzují autoimunitní nemoci psychice

Ženy, které trpí autoimunitními onemocněními, mají výrazně vyšší pravděpodobnost než muži, že nemoc lékaři špatně diagnostikují jako psychiatrické nebo psychosomatické onemocnění. Prokázala to studie na více než 6600 pacientech, kterou vedli experti z Univerzity v Cambridge. Ženy kromě špatné diagnózy také častěji dostávaly léčbu později.
před 16 hhodinami

Parapsychologové v Československu proutky hledali uran a rukama rakovinu

V komunistickém Československu v 80. let minulého století fungovaly dvě laboratoře na výzkum parapsychologie, které byly placené z veřejného rozpočtu. Jednu z nich vedl Zdeněk Rejdák, druhou František Kahuda. Každý z nich měl k dispozici desítky externích spolupracovníků, léčitelů, lékařů nebo důlních expertů. Ti například pomocí proutků zkoumali, jaké typy rud se nachází v konkrétním dole, nebo se v nemocnicích snažili pomocí rukou diagnostikovat vážné nemoci, jako byla třeba rakovina, kterou pak léčili pomocí přírodních preparátů. Popsal to ve svém výzkumu Pavel Horák z Etnologického ústavu Akademie věd.
včera v 15:04‌‌

Lídři v oblasti AI čekají na „AIpokalypsu“. Obávají se hněvu veřejnosti

Ředitelé společností Anthropic, OpenAI a dalších firem zabývajících se umělou inteligencí (AI) v soukromí zvažují možné scénáře veřejné a politické vzpoury, k níž by mohlo dojít po katastrofické události spojené s AI – taková událost se někdy označuje jako AIpokalypsa. Očekávají rozsáhlou událost, pravděpodobně kybernetický útok znemožňující přístup k finančním službám, k připojení k internetu, nebo dokonce k dodávkám elektřiny a vody, napsal web Axios.
včera v 11:56‌‌

Bilance: Zemědělská půda kvůli degradaci nezachytává vodu, prohlubuje tak sucho

Česká zemědělská půda dokáže průměrně zadržet pouhých 60 procent vody, kterou by zachytávala, kdyby byla zcela zdravá. Potýká se s dopady dlouhodobého průmyslového hospodaření, úbytkem organické hmoty a narušením své přirozené struktury. Data vychází z údajů Výzkumného ústavu monitoringu a ochrany půdy a expertů, které oslovil reportážní pořad ČT Bilance. Zlepšit kvalitu půdy i retenční potenciál může takzvané regenerativní hospodaření, které ale zatím vláda nepodporuje.
včera v 10:44‌‌

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.