Dokážeme "vypnout" gen, a zjistit tak jeho přesnou funkci

Od roku 2001 dokážou vědci přečíst lidský genom. Tímto úspěchem však jejich cesta neskončila. Nyní se experti po celém světě snaží zjistit, jakou funkci mají jednotlivé geny a jaký vliv mají na (nejen) lidský organismus. Významná část této práce probíhá i ve Vestci na jih od Prahy.

Moderní budova Biocevu ve Vestci žije na první pohled poklidným životem, uvnitř však probíhají výzkumy světového významu. České centrum pro fenogenomiku (CCP) zde kupříkladu pracuje na výzkumu funkce genů, pro nějž jako modelový organismus používá laboratorní myši. Ty mají totiž obdobný počet genů jako člověk, tedy zhruba 23 tisíc, z nichž jenom tři tisíce jsou vyloženě specifické.

"Pokud všechno půjde tak, jak si představujeme, měli bychom společně s našimi partnery v zahraničí do poloviny příští dekády prověřit funkci všech genů, které mají lidé a myši společné. Když se to podaří, vznikne něco jako encyklopedie genů, což by byl jeden z nejvýznamnějších milníků v biologii a medicíně," říká k výzkumu docent Radislav Sedláček, vedoucí programu Funkční genomika a vedoucí infrastruktury CP.

Dokážeme "vypnout" gen, a zjistit tak jeho přesnou funkci

Podle jeho slov genetici aktuálně pracují "pouze" se sekvencemi genů a mnohdy ani nevědí, co konkrétně znamenají. "Teprve až dojdeme k poznání toho, co přesně jednotlivé geny dělají, budeme schopni, obrazně řečeno, poskládat si ze slov celé věty a budeme tak lépe rozumět tomu, k čemu jsou geny potřebné, jak se podílejí na určitých nemocech či fyziologii," upřesňuje význam výzkumu Radislav Sedláček.

Jak se zkoumá gen

Zjednodušeně by se dalo říci, že vědci berou jeden gen za druhým a postupně je u myši vyřazují z funkce. Následně pak zkoumají, jaký dopad má vypnutí na její organismus. Vytvořili pro tento účel velkou řadu standardizovaných testů, které dovolují sbírat od každého jednotlivého modelu asi 700 parametrů. Tyto testy opakují na každé myši. Analýzou všech výsledků zjistí, zda a nakolik je zkoumaný gen důležitý pro určitý orgán nebo fyziologickou funkci.

Teprve až dojdeme k poznání toho, co přesně jednotlivé geny dělají, budeme schopni, obrazně řečeno, poskládat si ze slov celé věty a budeme tak lépe rozumět tomu, k čemu jsou geny potřebné, jak se podílejí na určitých nemocech či fyziologii.
Doc. Dr. Radislav Sedláček, Ph.D

"Jsou geny, které nemají zvláštní dopad přímo na fyziologii, nicméně mohou hrát určitou roli u vzniku nemocí. Funkce jiných genů, jichž je zhruba třetina, je natolik důležitá, že pokud je vyřadíme z funkce, embryo se nevyvine a myš se vůbec nenarodí. A právě tyto geny často způsobují choroby a potíže při vývoji plodu," vysvětluje docent Sedláček.

Na výzkumu takového rozsahu samozřejmě nepracují pouze vědci v České republice, výzkum probíhá také na dalších specializovaných pracovištích po celém světě. CCP je členem evropského konsorcia Infrafrontier a celosvětového konsorcia IMPC a výsledky výzkumu vkládáme do společné centrální databáze, která je přístupná všem vědcům, ať pracují kdekoliv na světě. Jednotlivé geny v celém konsorciu zkoumá vždy pouze jedno z center. Jen ve výjimečných případech, když má některé z center vědce, již se na některý gen zaměřují, může výzkum probíhat na dvou místech.

To, které centrum se bude jakými geny zabývat, připomíná podle Radislava Sedláčka objevování Ameriky. Dalo by se říci, že kdo dřív přijde, ten dřív mele. Nicméně genů je tolik, že se o ně jednotlivá centra většinou nepřetahují. Na pravidla dohlíží konsorcium, které dbá na to, aby se práce ve výsledku dobře rozdělila, nedublovala a výzkum byl co nejekonomičtější.

České centrum pro fenogenomiku funguje teprve tři roky, ale za tu dobu se mu již podařilo prosadit mezi tři největší a nejvýkonnější svého druhu v Evropě a co se týče produkce geneticky modifikovaných myší, dosahuje dokonce největšího výkonu z celé Evropy. "To je vlastně druhá část naší práce, s naší platformou a know-how poskytujeme servis všem ostatním vědcům, nejen těm z ČR. Přicházejí k nám i renomovaní vědci, abychom jim pomohli rozklíčovat některé jejich vědecké otázky, což je úžasné," dodává k významu práce svého týmu vedoucí CCP.

Jak dlouho trvá výzkum genu

Někdo zasvětí výzkumu jednoho genu klidně celý svůj profesní život, nicméně v rámci popisovaného výzkumu je potřeba vyvážit hloubku poznání s ekonomikou. Záleží pochopitelně i na kvalitě výzkumného týmu a na tom, co vědci potřebují výzkumem zjistit, co přesně je zajímá.

"Pokud chceme zjistit jen základní parametry a máme připravený model, zjistíme je zhruba během dvou měsíců, další měsíc pak data finálně zpracováváme. Pokud ale chceme zjistit konkrétní molekulární mechanismy, tak to může trvat i roky. A když se přidá nadstavba v podobě snahy zjistit, jak by se ten či jiný gen mohl použít v případech prevence určitých onemocnění, může výzkum trvat klidně 10 let," uvádí k náročnosti projektu docent Sedláček.

Před tím, než se český tým mohl pustit do samotného výzkumu, musel se intenzivně zaměřit na jeho přípravu. Jeho postupy musely být standardizovány a protokoly schváleny všemi výzkumnými centry. Nejdůležitější je, aby se co nejvíce shodovaly fenotypy modelů. I když nebudou nikdy stejné, musí být velmi podobné. Tento proces je časově velmi náročný, ale jakmile se podařilo vše sladit, výzkum se rozeběhl na plné obrátky. Výzkumníci při něm sbírají také důležitá metadata, tedy údaje o tom, které přístroje použili, jaká byla skladba potravy a podobně.

"Musíme mít přehled i o maličkostech, protože mohou výsledky nepěkně zkreslit. Používali jsme například jednu značku podestýlky, v níž byla obsažena organická složka, která ovlivnila výsledky. Je známá z nábytkového průmyslu a způsobuje lidem určité choroby. Milionkrát vyšší hodnoty této složky pak způsobily, že jsme se chvíli domnívali, že jde o fenotyp našich modelů. Při analýze metadat, jsme však zjistili, že za zkreslením stojí právě tato složka z podestýlky," podtrhuje na příkladu význam metadat vedoucí výzkumu.

Výzkum nikdy nekončí

Ani po naplnění aktuálního cíle, tedy vytvoření encyklopedie genů, výzkum v CCP neskončí. Stále tu bude hodně práce. Zjistit individuální funkce každého genu je totiž jen jakýmsi základem. Až bude encyklopedie hotová, přijdou na řadu třeba genové networky, tedy to, jakým způsobem se geny navzájem doplňují či ovlivňují. Genomy se navíc skládají nejen z genů, ale také z nekódujících sekvencí, kterým se někdy říká "junk DNA". I tato část má hodně funkcí a je nutné ji důkladně prozkoumat.

"Už jsme se této části genomu začali věnovat, a dokonce jsme organizovali i konferenci, kterou poctili svou návštěvou přední světoví vědci. Již dnes tedy máme jasnou představu o tom, co budeme dělat v budoucnu," uzavírá naše povídání docent Sedláček.

Článek byl publikován v magazínu Region STAR.