Technologie sekvenování DNA pomáhá vědcům najít odpovědi na otázky, které lidi po celá staletí trápí. Mapováním zvířecích genomů lépe porozumíme tomu, jak žirafa získala dlouhý krk a proč jsou hadi tak dlouho. Sekvenování genomu nám umožňuje porovnat a porovnat DNA různých zvířat a zjistit, jak se vyvinuly a staly tím, čím se staly.
Ale někdy čelíme tajemství. Zdá se, že genomy některých zvířat nezahrnují určité geny, které se objevují u jiných podobných druhů, a musí být přítomny, aby zvířata zůstala naživu. Tyto zjevně chybějící geny se nazývají temná DNA. Jeho existence může změnit naše chápání evoluce.
Poprvé se vědci pod vedením Adama Hargreavesa z Oxfordské univerzity setkali s tímto jevem během genomického sekvenování písčité krysy (Psammomys obesus), což je druh gerbil žijící v pouštích. Zejména chtěli studovat geny gerbil spojené s produkcí inzulínu, aby pochopili, proč je toto zvíře zvláště citlivé na diabetes typu II.
Když hledali gen Pdx1, který řídí sekreci inzulínu, zjistili, že inzulín chybí, spolu s 87 dalšími geny, které jej obklopují. Některé z těchto chybějících genů, včetně Pdx1, jsou životně důležité a zvíře bez nich nemůže přežít. Kde jsou?
Prvním vodítkem bylo, že v několika tkáních těla potkana našli vědci chemické výrobky, které by se mohly objevit podle „pokynů“z „chybějících“genů. To by bylo možné pouze tehdy, kdyby byly geny přítomny někde v genomu. A to by naznačovalo, že nezmizely, ale prostě zmizely.
DNA sekvence těchto genů jsou velmi bohaté na guanin a cytosin, dvě ze čtyř "základních" molekul, které tvoří DNA. Víme, že sekvence bohaté na cytosin a guanin představují problémy pro některé metody sekvenování DNA. A je více pravděpodobné, že geny, které jsme hledali, byly na místě, ale bylo obtížné je najít. Z tohoto důvodu jsme tuto skrytou sekvenci nazvali temnou DNA jako odkaz na temnou hmotu, která tvoří 25% vesmíru, ale kterou nemůžeme najít.
Studiem genomu písčité krysy jsme zjistili, že zejména v jedné části bylo mnohem více mutací než v genech jiných hlodavců. Všechny geny v tomto horkém prostředí mutací byly s DNA bohatou na cytosin a guanin a byly mutovány do té míry, že bylo obtížné detekovat pomocí standardních metod. Nadměrná mutace často zabraňuje genu v činnosti, ale geny pískové krysy nějak hrají svou roli i přes radikální změnu v sekvenci DNA. Pro geny je to velmi obtížný úkol. Je to jako zpívat "Katyusha" pomocí samohlásek.
Tento druh temné DNA byl dříve nalezen u ptáků. Vědci zjistili, že 274 genů v současných sekvenovaných ptačích genomech „chybí“. Mezi nimi je gen pro leptin (hormon, který reguluje energetickou rovnováhu), který vědci nedokázali najít mnoho let. Tyto geny mají opět velmi vysoký obsah cytosinu a guaninu a jejich produkty se nacházejí v tkáních těla ptáků, i když samotné geny nejsou v genomických sekvencích.
Propagační video:
Paprsek světla v temné DNA
Ve většině učebnic existuje definice, ze které vyplývá, že evoluce probíhá ve dvou fázích: po mutaci následuje přirozený výběr. Mutace DNA je běžný a probíhající proces, ke kterému dochází zcela náhodou. Přirozený výběr určuje, které mutace by měly procházet a které nikoli, obvykle v závislosti na tom, jaký výsledek se projevily v reprodukčním procesu. Stručně řečeno, mutace vytváří variaci v DNA organismu a přirozený výběr rozhoduje, zda ji ponechat nebo upustit, a tak se stává evoluce.
Ale kapsy vysokých mutací v genomu znamenají, že geny na určitých místech mají vyšší šanci na mutaci než jiné. To znamená, že taková ložiska mohou být podceňovaným mechanismem, který může také určit průběh evoluce. To znamená, že přirozený výběr nemusí být jedinou hnací silou. Až dosud byla tmavá DNA přítomna u dvou různých a běžných druhů zvířat. Stále však není jasné, jak je to rozšířené. Mohly by genomy všech zvířat obsahovat temnou DNA, a pokud ne, co dělá gerily a ptáky tak jedinečnými? Nejvíce návykové puzzle bude zjistit, jaký dopad měla tmavá DNA na evoluci zvířat. V příkladu pískové krysy může zaměření mutace vést k přizpůsobení zvířete podmínkám pouště. Ale na druhé straně, mutace může býtdošlo tak rychle, že přirozený výběr nemohl pracovat dostatečně rychle, aby odstranil cokoli škodlivého v DNA. Pokud by tomu tak bylo, mohly by škodlivé mutace narušit přežití písečné krysy mimo její současné pouštní prostředí. Objev takového podivného jevu rozhodně vyvolává otázky o tom, jak se genom vyvíjí a na co bychom mohli při současných projektech genomového sekvencování chybět. Možná bychom se měli otočit a podívat se blíže.a co jsme mohli vynechat v existujících projektech genomového sekvencování. Možná bychom se měli otočit a podívat se blíže.a co jsme mohli vynechat v existujících projektech genomového sekvencování. Možná bychom se měli otočit a podívat se blíže.
Ilya Khel