V minulosti mnozí evolucionističtí vědci tvrdili, že většina DNA, která nekóduje proteiny, představuje odpad bez významné biologické funkce nahromaděný v genomu v důsledku milionů let evolučních procesů. V posledním desetiletí se však objevila záplava různých důkazů, která ukazuje, že věci se mají zcela jinak.
Od sedmdesátých let minulého století se začaly objevovat názory, že lidský genom obsahuje velké množství „odpadní“ DNA, která se tam nahromadila v důsledku evolučních procesů. K tomuto závěru přivedlo vědce poznání, že většina lidské DNA nekóduje proteiny. Někteří biologové odhadovali, že pouze asi 20 procent lidského genomu je využíváno, zbytek se jeví jako „odpad“ (angl. junk). Richard Dawkins ve své knize Sobecký gen přirovnal tento nadbytek DNA v lidském genomu k parazitovi, který je „v nejlepším případě neškodný, avšak nepoužitelný“.
Další významný evolucionista Douglas Futuyma použil tezi o odpadní DNA jako argument pro darwinistickou evoluci. V roce 2005 napsal, že pouze darwinistická evoluce „může vysvětlit skutečnost, proč je genom plný fosilních genů, pseudogenů, které ztratily svou funkci“. Jiný vědec, Michael Shermer tvrdil, že „lidský genom vypadá více jako mozaika mutací, kopií útržků, vypůjčených sekvencí a vyřazených řetězců DNA, které byly nekvalitně sestaveny během milionů let evoluce.“
Tvrzení o odpadní DNA bylo také používáno jako argument proti inteligentnímu designu. Podle biologa Kennetha Millera je „lidský genom zaneřáděn pseudogeny, útržky genů, osiřelými geny, odpadní DNA a mnoha opakujícími se kopiemi nesmyslných sekvencí DNA, které nelze přisuzovat něčemu, co se podobá inteligentnímu plánu.“
Již zmiňovaný Shermer si klade otázku, proč inteligentní designér přidal do našeho genomu odpadní DNA? Propagátor evoluce Richard Dawkins zesměšňuje kreacionisty, když píše, že „pseudogeny jsou užitečné k uvádění kreacionistů do rozpaků. Napínají jejich kreativní vynalézavost, aby vymysleli přesvědčivé důvody, proč nějaký inteligentní designér vytvořil pseudogen…“
První rána pro evolucionisty
Věrohodnost těchto tvrzení je však stále více zpochybňována objevy z posledního desetiletí. Po ukončení Projektu lidského genomu v roce 2003 bylo zjištěno, že informaci pro tvorbu bílkovin nesou pouze dvě procenta lidské DNA. Zbytek se v této době jevil jako nefunkční. Avšak když v roce 2012 byly publikovány první výsledky projektu ENCODE, zaměřeného na identifikaci funkcí jednotlivých částí lidského genomu, bylo jasné, že předpoklad o nefunkčnosti rozsáhlých oblastí DNA je nesprávný.
Ukázalo se, že většina sekvencí lidské DNA je transkribována do úseku RNA, a tedy má nějakou funkci. Nefunkční úsek či odpad by se přece nepřepisoval! Na základě tehdy dostupných údajů vědci dospěli k závěru, že až 80 % lidského genomu je biochemicky aktivních. Nejsou to tedy „mrtvé geny“ či „molekulární zkameněliny“, ale funkční úseky.
Od té doby přicházejí další početné důkazy svědčící o tom, že většina naší DNA (podle současných údajů více než 90 %) je přepisována do RNA a mnohé z těchto molekul plní různé biologické funkce. Už na základě těchto dat se dá tedy shrnout, že představa o většině lidské DNA jako o nefunkčním odpadu je značně pochybná.
Změna definice genu
V posledním desetiletí byla vědecká komunita doslova zaplavena poznatky o funkcích RNA přepisované z oblastí nekódujících proteiny. Vychází najevo, že tyto molekuly RNA pomáhají udržet trojrozměrnou strukturu chromozomů a jejich správné umístění v buněčném jádře, což má pro expresi genů zásadní význam.
RNA z oblastí genomu nekódujících proteiny plní funkci v metabolismu tuků, udržování funkce imunitního systému a správné činnosti kmenových buněk. Hrají nezastupitelnou roli ve vývoji kostních buněk a kostry, svalů, nervových buněk a nervového systému. Byly také objeveny mutace v proteiny-nekódujících oblastech DNA se vztahem k nervovým a psychickým onemocněním člověka, např. autismu, schizofrenii a demenci.
Další oblasti regulují expresi genů v zažívacím traktu, v prsní žláze a varlatech. Hrají důležitou roli při tvorbě placenty u savců. Každý měsíc přibývají důkazy o důležitých fyziologických funkcích, které tyto úseky DNA v lidském organismu plní.
Nárůst poznatků o funkcích DNA nekódující proteiny vedl nakonec vědce ke změně definice genu. Zatímco před těmito objevy byly geny chápány jako úseky DNA, které kódují určitý protein (prostřednictvím přepisu přes mRNA), v současné době je za gen považován úsek chromozomální DNA, který je buď přepsán (prostřednictvím mRNA) do funkčního proteinu, nebo úsek DNA, který je přepisován do RNA molekuly, která je funkční sama o sobě.
Žádní „bludní Holanďané“
Zatímco počet genů kódujících proteiny se v průběhu odhalování tajemství lidského DNA povážlivě zmenšil na asi dvacet tisíc genů, nová metoda zkoumání RNA, která byla vynalezena v roce 2008, odhalila velké množství v buňce vytvářených funkčních RNA různého typu. Asi polovina nekódující DNA je složena z opakujících se sekvencí, které jsou označované jako pohyblivé genetické elementy.
Mnoho z těchto opakujících se prvků má charakter podobný DNA virům, protože se samy přepisují a vkládají do nových míst v genomu. Zvláště tyto prvky byly kdysi považovány za odpad, veteš, za zbytky po proběhlé evoluci či byli označovány jako „bludní Holanďané“ v DNA. Nyní je však známo, že velká část z nich utváří chování a strukturu chromozomů a podílí se na expresi genů, kterou organismus může reagovat na změny svého prostředí.
K těmto mobilním elementům patří krátké a dlouhé repetitivní sekvence, tzv. SINE a LINE. Je známo, že některé SINE ovlivňují expresi genů v určitých typech buněk, jiné (tzv. Alu sekvence) se účastní editace přepsané RNA. Sedm tisíc Alu sekvencí je přitom druhově specifických – vyskytují se u člověka, avšak nikoliv u šimpanze!
Tyto procesy mají pro zdraví člověka zásadní význam, neboť jejich nesprávný průběh může vést například k rakovině nebo psychiatrickým nemocem. Dlouhé repetitivní sekvence – LINE – ovlivňují chování chromozomů v jádře, tedy způsob jejich sbalení či nahuštění.
Ohraničují určité skupiny genů a regulují expresi genů z různých vláken DNA. Bylo například zjištěno, že při vývoji mozku řídí diferenciaci mozkových buněk. SINE a LINE spolu s některými dalšími dlouhými úseky nekódující RNA (lncRNA) fungují velmi podobně jako adresáře v operačním systému počítače.
Poslední hřebík do rakve
Tím, že tyto elementy mění architekturu DNA v trojrozměrném uspořádání, rozdělují úseky DNA na funkční domény nebo způsobují změny ve vyjádření genů. Některé úseky DNA přibližují k sobě a spouštějí jejich aktivitu, jiné naopak odsouvají na okraj jádra a tlumí jejich činnost. Význam těchto elementů a důležitost jejich funkce byly potvrzeny také nepřímo při zjištění, že jejich poruchy vedou k závažným nemocem, například k rakovině a poruchám nervového systému.
Posledním hřebem do rakve teze o „odpadní“ DNA je práce vědců z Caltechu z roku 2021 publikovaná v časopisu Cell. Pomocí zvláštní metody (tzv. RD-SPRITE) zmapovali prostorovou organizaci chemických komponentů v buněčném jádru. Vznikla tak první globální mapa nukleární organizace, která zahrnuje DNA, RNA (včetně proteiny nekódující) a proteiny.
Výsledky této studie ukazují na velký význam nekódující RNA při tvorbě prostorových kompartmentů v buněčném jádře, které se podílejí na významných funkcích. To, co bylo v minulosti bylo považováno za odpad, hraje zásadní roli při genové regulaci, kdy nekódující RNA způsobuje přiblížení k sobě dokonce i velmi vzdálených oblastí DNA.
Transkribované úseky nekódující DNA, o jejichž významu byly v minulosti značné pochyby, se stávají významnými hráči ve fungování lidského genomu. Článek ani jednou nezmiňuje evoluci a nepřímo ukazuje na skutečnost, že původní teze o odpadní DNA je ve světle těchto poznatků zcela překonána.
Příliš arogantní představa
Jako pseudogeny byly před desítkami let definovány sekvence DNA, které skutečné geny připomínají, ale nebyla u nich zjištěna biologická funkce. V průběhu dalších let se však ukázalo, že značná část pseudogenů je biochemicky aktivní a je přepisována do RNA. Koncem roku 2019 vyšel v časopisu Nature Reviews Genetics souhrnný článek, ve kterém autoři píšou:
„I když se často předpokládá, že nemají funkci, narůstá počet pseudogenů, u nichž bylo zjištěno, že hrají důležitou biologickou roli. Při zohlednění jejich evolučního původu a omezení vyplývajících ze způsobu popisu genomu postulujeme, že klasifikace pseudogenů není vědecky podložena. Vyjadřujeme názor, že široké nepochopení pseudogenů, které částečně přetrvává i v důsledku hanlivého označení „pseudogen“, vedlo často k odmítání jejich funkčního zhodnocení a vyloučení z genomové analýzy.“
Autoři článku upozorňují na skutečnost, že i když některé pseudogeny nevedou k tvorbě bílkovin nebo nejsou přepisovány do RNA, neznamená to, že jsou bez funkce. Poukazují také na skutečnost, že odchylky v oblastech pseudogenů mohou také způsobovat nemoc.
Francis Collins, ředitel Projektu lidského genomuve své knize Boží řeč tvrdil, že náš genom je znečištěn starodávnými opakovanými elementy (AERs), takže asi 45 procent našeho genomu se skládá z plovoucích vraků a trosek. V jednom rozhovoru řekl, že existence „odpadní DNA“ byla prokázána a že člověk a myš mají společného předchůdce, protože Bůh by nestvořil člověka s nefunkčními geny.
Avšak později v roce 2015, když mluvil na Zdravotnické konferenci J. P. Morgana v San Franciscu, prohlásil: „Pokud jde o odpadní DNA, tento pojem už nepoužíváme, protože si myslím, že šlo o příliš arogantní představu, podle které bychom se mohli zříct jakékoliv části genomu, jako kdybychom jistě věděli, že je nefunkční. Většina genomu, o kterém jsme si mysleli, že je pouhou vycpávkou, se ukázala být funkčním materiálem.“
Upřímnost ve změně postoje tohoto vědce tváří v tvář novým poznatkům je potěšitelná. Nutno dodat, že se významně liší od postojů jiných vědců, kteří myšlenky o bludných Holanďanech, molekulárních zkamenělinách či přímo odpadu v lidské DNA nadále šíří a nejsou schopni – zřejmě z ideologických důvodů – žádnou sebereflexi v této oblasti učinit.
Skvělý článek ! Konečně vím,k čemu je junkční DNA. Připomíná mi to jednu známou postavu vědy- Ilju Mečnikova,který plánoval dosažení dlouhověkosti osvobozením člověka od bakterií.Chtěl k tomu dospět odstraněním tlustého střeva.Ale nikdy to nerealizoval,až si toho všiml esesák Scheunert,autor pojmu dysbioza,a začal odstraˇnovat tlusté střevo sovětským válečným zajatcům v koncentráku,jenže v koncentráku ke dlouhověkosti nedocházelo a po osvobození Scheunert zmizel i s výsledky.Ví se však,že v SSSR se někteří dožili až neuvěřitelně dlouhého věku.Neví se však,zda se střevem či bez.