Filipika proti sobeckým genům

„Nikdy mě nepřestane naplňovat úžasem, kolik vědců věří, či se alespoň přihlašuje k víře, že genetická informace není pouze nutnou, ale také postačující podmínkou k určení buněčné morfologie,“ napsal pro časopis Microbiology and Molecular Biology Rewiews Franklin M. Harold z Washingtonské univerzity.

Jeho slova míří ke stoupencům genocentrického pohledu na živou přírodu, o kterých jsme ve Zkumavce psali už před čtrnácti dny. Podle nich k vysvětlení a pochopení vzniku veškeré rozmanitosti podob a tvarů živých organismů a jejich vývoje naprosto postačuje genetický program zapsaný v pořadí nukleotidových bází ve dvojšroubovici DNA. Tito biologové tak organismy pojímají jako jakési kybernetické automaty: geny-replikátory dají vzniknout určitým proteinům, ty určují kvalitu organel a buněk, buňky postaví organismus, který se opět chová podle toho, jak byl geny naprogramován… Geny jsou tedy programy a těla - organismy - se chovají podle instrukcí v nich zapsaných. Živé organismy byly postaveny jako jakési vehikly, jejichž jediným smyslem je „převézt“ geny do dalších generací, rozmnožit se. Tento pohled vyjadřuje slavná a chytlavá metafora „sobeckého genu“ Richarda Dawkinse.

HERMENEUTIKA ŽIVÉHO
Poznatky a pohled některých biologů vypovídají o něčem docela jiném, než je Dawkinsovo vidění světa. Podle nich buňky dokáží se svou DNA čile manipulovat a jejich vzájemný vztah se podobá spíše vztahu textu, čtenáře a významu, který pro čtenáře nese. V jazykové metafoře totiž text DNA izolovaný z buňky nic nedělá, stejně jako nic nedělá knížka, kterou strčíme do poličky. Musí přijít čtenář, aby kniha začala působit na svět jeho prostřednictvím. Takto i DNA působí skrze organismy na svět, ale jinak je naprosto bezmocná, protože buněčný svět musí o ni pečovat, tak jako my skladujeme a vydáváme knihy.

Barbara McClintocková k tomu ve své nobelovské přednášce vypověděla, že „schopnost buněk vnímat zlomené konce chromozomů, zaměřit je k sobě bez ohledu na vzdálenost a pak je spojit tak, že jsou příslušné zlomy vzájemně správně orientovány, je zvláštním případem vnímavosti buněk ke všemu, co se v nich děje. Činí moudrá rozhodnutí a jednají podle nich. Cílem pro budoucnost bude určit rozsah znalostí, které má buňka o sobě samé, a jak jich uvážlivě využívá, když je k tomu vyzvána.“

Problém je už v tom, že vztah, ve kterém „jeden gen rovná se jeden protein“, vždy neplatí. Význam informace zapsané v DNA může být ovlivněn jedním nebo větší skupinou genů (epistatická interakce) nebo naopak jediný gen může poskytnout vícero významů (pleiotropie). Význam genu tedy není dán jenom pořadím jeho nukleotidů, bází DNA, ale závisí i na vztahu s okolními geny, podobně jako je tomu v lidském jazyce. Jindy čtecí aparát buňky může „výklad“ genetické informace během jejího přepisu posunout v rámci „gramatických pravidel“ stranou a dát jí tak zcela jiné vyznění.

Třeba takzvané homeotické geny tak sice mají stejný genetický zápis, vedou ale ke vzniku naprosto odlišných tělesných struktur. Například gen nazývaný Pax6 se účastní vytváření oka u mnohých organismů od hmyzu až po obratlovce. A gen s názvem Distal-less se zase podílí na formaci nejrůznějších přívěsků živočišného těla od rybích ploutví, lidských končetin až po výběžky na těle členovců. Tato homologie jde tak daleko, že třeba poškozený gen pro stavbu oka v mouše nahradíme jeho myším protějškem a mouše naroste normální muší oko. V tomto smyslu už není tak zvláštní, že genom člověka a šimpanze je si podobný z 99 procent, ale vede přitom k tak odlišným zjevům …

Dalším příkladem toho, jak buňka dokáže manipulovat svou genetickou informací jsou různé úpravy během přepisu genů z DNA do RNA a další úpravy proteinů, které připomínají editování literárních textů, při kterém se přesouvají a mění kusy vět (alely), vyměňují se nebo vyhazují nadbytečná slova (geny) a nahrazují se jinými. Výsledný proteinový text se tak od původního genetického zadání dosti liší.

Geny většiny eukaryotních organismů jsou totiž obvykle neobyčejně dlouhé. Jejich přepis do RNA se proto musí upravovat vystřižením nadbytečných sekvencí – intronů – a pospojováním zbylých kódujících úseků DNA - exonů. U některých organismů jako je hlístice Háďátko obecné nebo parazitický prvok Trypanozóma dobytčí se dokonce setkáváme s tím, že během procesu sestřihu mRNA (která vzniká během přepisu z DNA a slouží k vytvoření proteinu) čtecí aparát buňky dokáže spojit dvě nekódující části genu ve smysluplnou informaci. Sekvence genu tedy může být dokonce nesmyslná, smysluplný význam nabude až v procesu editování RNA vkládáním nebo vyjímáním nukleotidových bází.

Jakoby buňka dokázala významově uchopit jednotlivé sekvence a spojit je ve smysluplný celek. Není tedy jen trpným vykonavatelem programu, ale sama si z genomu vybírá ty významy, které za dané situace dávají smysl. Navíc někdy může těchto smysluplných celků vytvořit z původní matrice hned několik.

„Transformace mezi různými úrovněmi popisu nejsou kanonické,“ píše v knize Povstávání živého tvaru biolog Anton Markoš z Přírodovědecké fakulty UK. „Přechodem z jedné úrovně na jinou se může informace ztrácet nebo nabývat jiného smyslu. Navzdory tomu biologové (a lékaři) bez problému přeskakují nepočítaně hierarchických úrovní a doufají, že postihnou např. chování živočicha, společenstva, či dokonce lidské společnosti analýzou genetické výbavy.“

Anton Markoš proto ve svém pojetí přírody nemluví o „programování“, ale „hermeneutice“ živého, kdy oplodněná buňka, zygota, je tím, kdo „text“ DNA „čte“ a vykládá ho podle toho, v jakém čase a prostoru vznikajícího organismu se právě nachází. Jde především o fázi, kdy lineární dvojrozměrný zápis aminokyselin přechází v trojrozměrný rozměr, „promluvu“ proteinů balených aparátem buněk do různých konformací, které ovlivňují jeho vlastnosti. To všechno samozřejmě v rámci striktních gramatických (genetických) pravidel.

„Oplozená vaječná buňka, podle pravidel získaných od nesčetných generací buněk předků, od prvopočátku manipuluje s genetickým textem tak, jak je to zvykem u daného druhu a podle této zvyklosti postaví příslušnou morfologii. Domnívám se, že z tohoto pohledu druh lze přirovnat ke kultuře a ke vzniku nových druhů může dojít stejně dobře mutací textu (DNA) jako změnou pravidel manipulace s ním.“

Zkráceně řečeno - ještě nikdy jsme nebyli mrtví. Buňka nikdy nevzniká de novo. Buňky si předávají „povědomí“ toho, které úseky jejího textu jsou relevantní nebo nejsou, kdy je dobré sáhnout po nějakém úryvku a dekódovat ho a kdy je naopak dobré ho vypnout.

Z předpokladu, že informace (gen) není sama o sobě nic než mrtvou literou, dokud v ní někdo (buňka, organismus) nerozpozná význam, je i italský biolog Marcello Barbieri. Ten ve své knize Organické kódy, úvod do sémantické biologie upozorňuje na to, že genetický kód není výsledkem fyzikálně-chemických procesů v buňce. Bylo totiž dokázáno, že vazba aminokyselin na jejich specifické tRNA (ty na základě tripletu nukleotidových bází DNA připojují specifickou aminokyselinu do rostoucího polypeptidového řetězce při syntéze bílkovin) může být laboratorně pozměněna, a lze tak vytvořit úplně jiné kódující pravidlo. Buňka tedy musí zápisu DNA rozumět podobně jako radista Morseově abecedě zapsané kódem teček a čárek nebo podobně jako žák musí rozumět významu, jaký nesou písemné kódy tvořící slovo „KNIHA“.

Zatímco pro genocentricky zaměřené biology je tedy vysvětlením vzniku genetického kódu evolučně zamrzlá náhoda, Barbieri mluví o „úmluvě“, která se v přírodě udržuje na základě „organické paměti“. Živé tělo, které dekóduje nebo čte zápis v DNA, tedy nevzniká tak, že položíme na stůl DNA a ona se obalí masem. Jak DNA, tak tělesnost živých bytostí jde až k samotným prvopočátkům života a ani jedna složka nikdy nepřestala existovat během celé evoluce sama o sobě.

EPIGENEZE
Posledním důkazem toho, že organismy nejsou jen trpnými vykonavateli vůle genů budiž příklad, kdy vyznění textu DNA - genová exprese -, může být ovlivněna i prostředím. V takovém případě biologie mluví o „epigenetické dědičnosti“. Vypovídají o ní experimenty, které jako první prováděl teoretický biolog Conrad Weddington s octomilkami. Ten vystavoval vajíčka a kukly této drobné mušky neobvyklým teplotám a chemikáliím, a tak se z nich líhly dospělí jedinci, kteří měli zdvojený počet článků hrudníku (bithorax) nebo žlutě zbarvenou žilnatinu křídel (yellow cross-veinless).

Tyto tělesné typy přitom nesouvisely s genetickou změnou a po obnovení normálních podmínek tyto mušky rodily normální jedince. Pokud ale působily extrémní faktory prostředí na vývojová stádia octomilek po mnoho generací za sebou, došlo k posunu normy reakce a v populaci se začaly objevovat pozměněné typy (mušky bithorax a yellow cross-veinless) už nezávisle na tom, zda extrémní podmínky působí či nikoli – nový tělesný typ se geneticky fixoval.

Později se pak objevily spousty dalších příkladů jako jsou třeba projevy genu nazývaného agouti, který odpovídá za zbarvení myšího kožíšku a jeho funkce se tak dá snadno pozorovat. Expresivita genů totiž může být variabilní, nemusí tedy nastat situace, kdy se gen pouze projeví, nebo neprojeví (narodí se bílá nebo černá myš), ale mohou vznikat mozaikovité typy (strakaté myši).

Tak se zjistilo, že barva myší srsti závisí třeba na dietě těhotné myší matky – podle toho, zda je její potrava chudá nebo bohatá na zdroje metylových skupin, ovlivní to genom i výsledný zjev jejích mláďat. Tmavé myšky se nazývají agouti a barva jejich kožíšku odpovídá přirozené expresi daného genu. Strakaté až světlé pak odpovídají důsledkům dietické stravy…

Biologie tak možná bude muset přehodnotit svůj pohled na živé a pozměnit své centrální dogma jehož cestu od genu k živému organismu vyjadřuje vzorec DNA ® RNA ® protein ® struktura ® funkce. Jednosměrná propustnost informačního kanálu od nukleové kyseliny k proteinu není absolutní, protože děje na úrovni genetické informace jsou přímo ovlivňovány z úrovní jiných. To by znamenalo uznání autonomie živého a rozbilo by to redukcionistickou představu organismů jako kybernetických strojů.

V žádném případě se tím samozřejmě nechce zpochybňovat vliv genů na morfologické struktury organismů. Geny by ale neměly být chápány jako jednoznačné příkazy, ale jako znaky, kterým je třeba dát význam za pomoci smysluplného výkonu interpretace. Za tuto interpretaci zodpovídají jak geny, tak epigenetické faktory, ale i povědomí buňky o její historii a kontextu, které uchovává díky biologické paměti druhu i jednotlivého organismu.