Geny, které nedědíme po rodičích

„Naše buňky zevnitř ovládají mitochondrie, a přísně vzato nám nepatří.“ Uvnitř buněk má každý z nás druhou řadu genů, které se zcela liší od 23 párů chromozomů, které dědíme po rodičích. A neplatí to jenom pro lidi, ale i pro všechna zvířata, rostliny a houby a skoro všechny mnohobuněčné organismy na světě. Tento druhý genom patří našim mitochondriím, organelám uvnitř buněk. Nejsou zcela naší součástí ani nejsou zcela nezávislé. Proč se tedy od všeho ostatního tolik liší?



Vědci si myslí, že zhruba před 1,5 miliardami let jednobuněčné organismy pohltily předka mitochondrií, čímž vytvořili předchůdce všech mnohobuněčných organismů. Mitochondrie mají důležitou funkci: mění energii z jídla, co jíme, a kyslíku, co dýcháme, na energii, kterou naše buňky můžou využít, což je molekula ATP. Bez této energie začnou naše buňky umírat. Lidé mají přes 200 typů buněk a všechny kromě dospělých červených krvinek mají mitochondrie.



Červená krvinka má totiž za úkol převážet kyslík, který by mitochondrie spořádaly, než by dorazil tam, kam má. Takže všechny mitochondrie používají kyslík a metabolity k vytváření energie a mají svou vlastní DNA. Ale mitochondriální DNA se mezi druhy liší více než jiné DNA. U savců mají mitochondrie většinou 37 genů. V některých rostlinách, třeba v okurce, mají až 65 genů.



A mitochondrie některých hub mají jen jeden. Několik mikrobů, které žijí v prostředí s nedostatkem kyslíku, o své mitochondrie nejspíš úplně přichází a jedna skupina, Oxymonadida monocercomonoides, o ně už přišla. Je to tak rozmanité, protože mitochondrie se stále vyvíjí, a to ve spolupráci s organismy, ve kterých se nachází, i odděleně vlastním tempem. Abychom tomu porozuměli, je dobré se zblízka podívat na to, co v nás mitochondrie dělají.



Od momentu, kdy jsme počati. Skoro ve všech druzích mitochondriální DNA předává pouze jeden rodič. U lidí a většiny zvířat je tím rodičem matka. Spermie obsahují zhruba 50 až 75 mitochondrií v bičíku, které pomáhají s plaváním. Rozpustí se s bičíkem po početí. Ale vajíčko obsahuje tisíce mitochondrií a v každé z nich je několik kopií mitochondriální DNA.



To znamená přes 150 000 kopií mitochondriální DNA, které zdědíme po matce. Každá z nich je nezávislá a může se od ostatních lehce lišit. S tím, jak oplodněné vajíčko roste a dělí se, se tisíce mitochondrií rozdělí do buněk vyvíjejícího se vajíčka. V době, kdy už se dají rozlišit naše tkáně a orgány, jsou variace mitochondriální DNA náhodně rozptýleny po našich tělech.



Aby to bylo ještě složitější, mitochondrie mají jiný replikační proces než naše buňky. Jak se naše buňky množí dělením, mitochondrie se dostanou do nových buněk, a v tu samou dobu samy splývají a samy sebe dělí vlastním tempem. Zatímco se mitochondrie spojují a rozdělují, odstavují vadnou DNA nebo mitochondrie, které nefungují, než budou odstraněny. To znamená, že náhodný výběr z mitochondriální DNA vaší matky, kterou zdědíte při narození, se může během života změnit, a to po celém vašem těle.



Mitochondrie jsou dynamické a do určité míry nezávislé. Ale ovlivňuje je i jejich prostředí: my. Domníváme se, že před časem se některé z jejich genů dostaly do genomů hostitele. Takže i když mají mitochondrie vlastní genom a rozmnožují se odděleně od buňky, která je hostí, nedokážou to bez pokynu naší DNA. A ačkoliv mitochondriální DNA dědíme po jednom z rodičů, geny, které ovlivňují stavbu a regulaci mitochondrií, pochází od obou.



Mitochondrie vyskakují ze všech škatulek. Jejich příběh pokračuje v každé z našich buněk, na nichž jsou nezávislé, ale od nichž jsou zároveň neoddělitelné. Když se o nich dozvíme víc, třeba nám jednou pomůžou ochránit lidské zdraví a naučí nás více o naší vlastní historii. Ani ne 100 let poté, co byla objevena struktura DNA, mají vědci technologii, jak ji změnit.



Jak to funguje? Poznejte přelomový nástroj genetického inženýrství, tzv. CRISPR, v tomto videu. Překlad: elcharvatova www.videacesky.cz