Metóda číta DNA až 17-krát rýchlejšie ako doterajšie analýzy.
Zdroj: archív ÚBO AV ČR
To, na čo doteraz boli potrebné dni až týždne a počítače s obrovskou výpočtovou kapacitou, bude vďaka vedcom z Ústavu biológie stavovcov Akadémie vied ČR (ÚBO AV ČR) presnejšie, jednoduchšie a rýchlejšie. Viac ako pätnásť rokov výskumu prinieslo veľký úspech, z ktorého budú ťažiť všetci.
Vedci vyvinuli diem (z angl. Diagnostic Index Expectation Maximisation), metódu polarizácie genómu, vďaka ktorej môžu odborníci po celom svete naprieč odbormi analyzovať genómy (súbor všetkých genetických informácií jedinca) omnoho jednoduchšie. Ocenia ju napríklad archeológovia pri pátraní po génoch neandertálcov v genóme moderných ľudí alebo biológovia, ktorí môžu sledovať prospešné úseky genómov a ďalej ich využiť ako biomarkery (indikátory biologického stavu).
Identifikácia získaných a odovzdaných vlastností
Metódu si predstavte ako porovnanie genetickej informácie dvoch druhov s vyznačenými farebnými miestami, kde sa zhodujú a kde sa rozchádzajú.
„Metóda polarizácie genómu – diem – nám umožňuje nájsť miesta, ktoré sú zodpovedné za vznik nových druhov,“ povedal autor metódy Stuart J. E. Baird z Ústavu biológie stavovcov AV ČR. Pomocou tejto metódy môžu výskumníci zároveň identifikovať aj špecifické miesta v genóme, ktoré sú zodpovedné za prispôsobenie sa druhu vonkajším podmienkam.
Vedci ilustrujú svoje výsledky na príklade dvoch druhov myší – myši domovej západnej a myši stredozemnej. Pomocou novej metódy zistili, že si relatívne nedávno navzájom vymenili časť genetickej informácie. Niektoré populácie myši domovej západnej vďaka genetickej výmene získali rezistenciu na pesticídy. Myš stredozemná zase získala gény, ktoré jej zvyšujú citlivosť čuchu. „Oba druhy myší tak získali gény, ktoré zlepšujú ich vlastnosti, a teda schopnosť prežitia v prostredí pozmenenom človekom,“ vysvetila Natália Martínková.
Neandertálci v našom genóme
Diem umožňuje pozrieť sa v praxi napríklad na to, ktoré časti z genómu neandertálcov sú stále prítomné v ľudskom genóme. „O niektorých génoch neandertálcov sa vie, že u ľudských nositeľov spôsobujú väčšiu náchylnosť k rôznym ochoreniam,“ tvrdila Natália Martínková.
„Rovnako ako mikroskopia s polarizačným svetlom spôsobila revolúciu v geológii, metóda polarizácie genómov nám dáva úplne nový spôsob, ako nazerať na genetiku života,“ zhrnul Stuart J. E. Baird. Novú metódu ocenia najmä archeológovia pri pátraní po archaických úsekoch v ľudskom či inom genóme, evoluční biológovia budú nadšení z možnosti sledovať výhodné úseky genómov, ktoré sa vyskytujú naprieč druhmi, a ekológovia budú mať možnosť tieto úseky v genómoch využiť ako biomarkery.
Evolúcia človeka. Zdroj: iStockphoto.com
Genóm je ako menšia mestská knižnica
„Lenže problém s genómami je ten, že sú obrovské. Napríklad myší genóm má 2 716 965 481 párov báz, ľudský genóm je len o piaď (asi o 10 percent) dlhší,“ vysvetlila Natália Martínková. Vedci prirovnávajú obsah textu jedného genómu k menšej mestskej knižnici.
„Analýzy genómov donedávna trvali aj niekoľko dní či týždňov, pri čom boli potrebné počítače s obrovskou výpočtovou kapacitou alebo boli púšťané cez vzdialené servery,“ dodal Stuart J. E. Baird. Vďaka metóde diem sú analýzy teraz presnejšie a oveľa rýchlejšie.
„Diem spolarizoval 38 miliónov genetických znakov za necelé tri hodiny. Také množstvo údajov sme existujúcimi metódami ani neskúšali analyzovať. Stodvadsaťtisíc znakov diem počítal asi trištvrte hodiny, zatiaľ čo na rovnakom osemročnom počítači to existujúcej metóde trvalo 13 hodín,“ spresnila Natália Martínková.
Vznik druhov
Vedcov po stáročia zaujímal vznik druhov. S objavom PCR (polymerázovej reťazovej reakcie) v roku 1983 a s nástupom molekulárnej genetiky dostali nástroj, ako vývoj jednotlivých druhov či celých skupín študovať. „Vďaka molekulárnej genetike sme napríklad zistili, že sa v Českej republike nachádza hybridná zóna ježkov, slepúchov alebo myší. Stretávajú sa tu dva rôzne druhy alebo poddruhy,“ vysvetlil Stuart J. E. Baird. Vedci vypočítali aj to, kedy sa tieto druhy od seba oddelili a kde všade sa konkrétny druh vyskytuje. Neskôr bádatelia dostali vďaka metódam next-generation sequencing (masívneho paralelného sekvenovania) nástroj, ako skúmať celé genómy. Teda získať o evolúcii organizmov ešte viac presnejších informácií.
Zdroj: TS Ústav biológie stavovcov AV ČR
(JM)
