Metoda z Česka může změnit světový výzkum genomů

Více než 15 let výzkumu přineslo velký úspěch, ze kterého budou těžit vědci po celém světě napříč obory, tvrdí zástupci Akademie věd.

„Metoda polarizace genomu - diem - nám umožňuje v genomech rychle a efektivně nalézt místa, kde nedochází k toku genů mezi druhy. Tedy místa, která jsou zodpovědná za vznik nových druhů,“ vysvětlil autor metody Stuart J. E. Baird z Ústavu biologie obratlovců (ÚBO) AV ČR.

Zároveň lze pomocí metody najít i místa, kde k toku genů stále dochází. „Taková místa mohou mít totiž důležitou roli, aby se organismus přizpůsobil nějakým vnějším podmínkám,“ doplnila jeho kolegyně z ÚBO Natália Martínková, která se na studii podílela v posledních dvou letech.

V praxi umožňuje „diem“ (z angl. Diagnostic Index Expectation Maximisation) podívat se kupříkladu na to, které části z genomu neandertálců jsou stále přítomny v lidském genomu.

„O některých genech neandertálců se ví, že u lidských nositelů způsobují větší náchylnost k různým onemocněním,“ poznamenala Martínková.

Třeba u myší zase výzkumníci pomocí nové metody zjistili, že dva druhy si relativně nedávno navzájem vyměnily část genetické informace. Některé populace myši domácí západní díky genetické výměně získaly rezistenci na pesticidy. Myš středozemní získala geny, které jí zvyšují citlivost čichu.

„Oba druhy myší tak získaly geny, které vylepšují jejich vlastnosti, a tedy schopnost přežití v prostředí pozměněném člověkem,“ přiblížila Martínková.

Podle Bairda ocení novou metodu především archeologové při pátrání po archaických úsecích v lidském či jiném genomu. Evoluční biologové pak prý budou nadšeni z možnosti sledovat výhodné úseky genomů, které se vyskytují napříč druhy, a ekologové budou mít možnost tyto úseky v genomech využít jako tzv. biomarkery dřívějších expanzí.

Vědce po staletí zajímal vznik druhů. S objevem PCR (polymerázová řetězová reakce) v roce 1983 a následným nástupem molekulární genetiky dostali nástroj, jak vývoj jednotlivých druhů či celých skupin studovat.

„Díky molekulární genetice jsme např. zjistili, že se v ČR nachází hybridní zóna ježků, slepýšů či myší. Tedy že se zde potkávají dva různé druhy nebo poddruhy,“ zmínil Baird. Badatelé rovněž vypočítali, kdy se tyto druhy od sebe oddělily a kde všude se konkrétní druh vyskytuje.

Později dostali díky metodám „masivně paralelního sekvenování“ (next generation sequencing) nástroj, jak zkoumat celé genomy - jak získat o evoluci organismů ještě více přesnějších informací.

„Jenže problém s genomy je, že jsou obrovské. Myší má 2 716 965 481 páru bází, genom lidský je jen asi o 10 procent delší,“ upozornila Martínková. Vědci proto občas říkají, že jeden genom obsahuje tolik textu jako menší městská knihovna.

„Donedávna na analýzy genomů, které trvaly i několik dní či týdnů, bylo potřeba počítače s obrovskou výpočetní kapacitou nebo byly analýzy pouštěny přes vzdálené servery,“ dodal Baird.

Díky metodě diem jsou analýzy nyní přesnější a mnohem rychlejší. „Diem zpolarizoval 38 milionů genetických znaků za necelé tři hodiny. Takové množství údajů jsme existujícími metodami ani nezkoušeli. Zkusili jsme 120 tisíc znaků, které diem počítal asi třičtvrtě hodiny, zatímco na stejném osmiletém počítači to existující metodě trvalo 13 hodin,“ upřesnila Martínková.

Podle tiskové zprávy AV ČR je věda velmi soutěžní prostředí, kde platí pravidlo „publish or perish“ (tedy „publikuj, nebo zhyň“) a upřednostňuje rychlé výsledky. Příběh vzniku nové metody na analýzu genomu je proto nestandardní, Baird na metodě pracoval přes 15 let. Během svého bádání žádal Grantovou agenturu ČR opakovaně o podporu výzkumu, nicméně k udělení grantu nedošlo.