Struktura lidského
genomu podléhá vývojovému procesu, který se v ní odráží v podobě
jeho proměnlivosti. Tu můžeme vyjádřit v různosti danou počtem obyvatel
planety, neboť prakticky každý má svůj vlastní a jedinečný genom. Jestliže jen velice
přibližně odhadneme množství individuálních odlišností, které lze nalézt
s frekvencí 1/100 až 1000 nukleotidů, zjistíme, že nález dvou identických
genomů, za současného počtu obyvatel, není příliš pravděpodobný (
s výjimkou jednovaječných dvojčat, u nichž nebudeme brát v úvahu
vznik odlišností během jejich individuálního vývoje).
Struktura lidského genomu podléhá i změnám (mutace), které mohou vést
k jeho znehodnocení, a z hlediska lékařského, k projevům dispozic
k nejrůznějším chorobným stavům, případně k jejich rozvoji. Na úrovni jednotlivých buněk existuje ovšem
řada systémů, které se snaží udržovat neměnnost struktury genomu a případné
změny vracet do původního stavu. Pro situaci, kdy změny se stanou „neopravitelnými“
mají buňky připraven autodestruktivní program.
Během generačního přenosu genomu dochází v k tomu určených
buňkách k redukci počtu molekul DNA na polovinu, tak, že z každého
páru je k přenosu vybrána jen jedna. V procesu
této redukce jsou vyměňovány mezi sebou části molekul tvořící páry tak,
že přenášená molekula je kombinací úseků pocházejících z obou členů páru.
Při vytvoření jedince nové generace se opět vytvoří páry, v nichž každý
člen páru pochází od jiného jedince rodičovského páru předchozí generace. Tímto
způsobem je zajištěno, aby vznikaly nové kombinace vloh i v případě, že by
struktura genomu byla neměnná.
Výsledná celková proměnlivost je proto dána, jak změnami ve struktuře
genomu, ke kterým dochází během života jedince, tak i výměnami částí molekul
v rámci párů a vznikem nových kombinací. Kromě tohoto klasického
generačního přenosu genetických informací existují ovšem i „výjimečné“ způsoby,
které zprostředkovávají viry (mezi genomy i různých druhů) a jiné tzv. mobilní
elementy (uvnitř genomu).
Lidský genom představovaný souborem molekul deoxyribonukleové kyseliny
(DNA), nepatří svou velikostí mezi největší genomy. Hodnotíme-li jejich
velikost podle počtu nukleotidů DNA a zanedbáme organismy, jejichž genomy jsou
tvořeny ribonukleovými kyselinami (RNA), pak mezi nejmenší jistě patří genomy
virů a mezi největší rostlinné a z živočišných genomy obojživelníků a
prvoků. Počty nukleotiků jsou udávány v tisících a počínaje člověkem jde o
zaokrouhlené odhady.
|
HIV 1 |
9 750 |
|
Escherichia coli |
4 639 221 |
|
Sacharomyces c. |
12 067 280 |
|
Homo sapiens |
3 000 000 000 |
|
Bufo bufo |
6 900 000 000 |
|
Paramecium c. |
8 600 000 000 |
|
Amoeba p. |
290 000 000 000 |
Co se týká počtu molekul DNA, podílí se na tvorbě genomu lidských
somatických buněk 23 párů molekul organizovaných ve chromosomech, kde jsou
jejich vláknité molekuly navinuty na bílkovinné útvary, tvořené molekulami
histonů, označované jako nukleosomy. Kromě genomu jaderného (centrálního),
disponují buňky ještě genomy umístěnými v organelách cytoplasmy
(mitochondrie). Počty jejich molekul jsou obtížně stanovitelné, značně
proměnlivé a pohybují se podle typu buněk od několika desítek po tísíce.
Základní význam nukleových kyselin je v jejich informačním obsahu,
který částečně můžeme vyjádřit počtem základních informačních jednotek, kterými
jsou geny. Jejich počty se rovněž velice různí, z hlediska posledních
přístupů k jejich definování, kdy dominantním hlediskem se stala
ohraničitelná sekvence nukleotidů, se odhad počtu lidských genů pohybuje kolem
30000.
|
Escherichia coli |
4 300 |
|
Sacharomyces c. |
6 000 |
|
Homo sapiens |
30 000 |
Z hlediska podílu nukleotidů spotřebovaných na genetické informace
vyjádřené v genech k jejich celkovému počtu, nepředstavují geny více
jak 5%. Ostatní DNA je tvořena tzv. repetitivními sekvencemi různé délky,
různého počtu opakování základních jednotek a různého umístění. Podle délky je
rozdělujeme na krátké a dlouhé repetitivní sekvence (SINE a LINE). Mezi krátké
patří, snad nejznámější, tzv. Alu
sekvence o délce zhruba 300 nukleotidů, kterých se v lidském genomu
vyskytuje několik set tisíc, a jsou nerovnoměrně roztroušeny i mezi geny. I
geny samotné nejsou ve své většina představovány celistvým úsekem nukleotidové
sekvence, ale vedle částí, jejichž existenci můžeme vysledovat až do konečného
produktu genetické informace (exony) jakým jsou např. bílkoviny, existují i
části, často značně veliké, které jsou v průběhu realizace genetické
informace z ní odstraněny (introny). Význam rozdělení genů do více méně
samostatných částí spočívá v možnosti tyto části různým způsobem
kombinovat a tím proměňovat uvolňovanou genetickou informaci. O
významu a funkci negenové DNA je toho dosud málo jistého, názor, že se
jedná o zbytečnou a zcela nefunkční DNA, která je spíše přítěží, začíná být
v poslední době zpochybňován.
Literatura
· Primrose S.B.,
Twyman R,M.: Genomics. Blackwell Publ. 2004
·
Primrose S.B., Twyman R,M.: Principles of Genome Analysis and Genomics.
Blackwell Publ. 2003
Další
informace
· Genom:
mutace a polymorfismy
· Projekt
analýzy lidského genomu
Radim Brdička