Některé typy mutací jsou automaticky opravovány

Studijní text Animace Galerie Video BIO Úkol Odkazy a literatura

Až do padesátých let 20. století si většina biologů myslela, že geny jsou stabilní jednotky. Představa poškození a následné opravy DNA vzešla od skupiny vědců, kteří se snažili vysvětlit zvláštní chování některých mikrobů. Kultury, které byly zdánlivě zabity vystavením ultrafialovému světlu, se po ponechání na okenním parapetu zotavily a začaly se objevovat mutantní formy až po dlouhé době od vystavení mutagenu.

Výzkum různých organismů od bakterií po člověka odhalil celou armádu enzymů připravenou opravit poškození vzniklé mutageny z životního prostředí nebo chybami v replikaci DNA. Bez těchto enzymů by poškozená DNA obsahovala neúnosnou hladinu mutací pro přežití. Nemoci způsobené defektem v opravných enzymech zkracují délku života, což dokládá klíčovou roli opravy DNA pro přežívání. Avšak občasné selhání oprav DNA nebo chyb v replikaci je také zásadní pro přežití, protože tyto anomálie se vyskytují jako mutace a bez mutací by byla evoluce nemožná.

Věděli jste, že?

Albert Kelner objevil fotoreaktivaci po frustrujícím roku plném nevysvětlitelných výsledků. Kelner věděl, že je něčemu na stopě, ale jeho šéf si o něm myslel, že je pouze nedbalý.

Hmmm…

Každá buňka našeho těla ztratí denně 10 tisíc bází kvůli spontánnímu rozpadu při teplotě 37 °C. Co by se stalo, kdyby naše tělesná teplota byla mnohem nižší?

Galerie

Věděli jste, že?

Jako poslední možnost před smrtí provádí bakterie opravy DNA pomocí tzv. SOS systému, který se urychleně, avšak nedokonale pokouší napravit poškození.

Hmm…

Co si myslíte, že je důvodem toho, že pouze bakterie mají SOS systém?

Video

Videa v této kapitole jsou v původním anglickém znění.

Richard Setlow Richard Setlow je emeritním biofyzikem na Brookhaven National Laboratory. Dr. Setlow prováděl některé počáteční výzkumy v oblasti opravy DNA.

Jane Setlow Jane Setlow byla do roku 2007 emeritní genetičkou na Brookhaven National Laboratory, zemřela v roce 2010. Podílela se na počátečních výzkumech oprav DNA.

Claud Rupert provedl klíčový výzkum reparačních DNA systémů aktivovaných světlem. Richard Setlow udělal počáteční práce na výzkumu opravy tyminových dimerů.

Claud S. Rupert (1919–)

Claud Stan Rupert se narodil v Kalifornii v roce 1919 a vyrůstal v malém zemědělském městě v údolí Central Valley. Jeho otec řídil místní banku a jeho matka byla v domácnosti.

Když měl doma problémy, využívala matka různé výchovné postupy, včetně toho, že jej vykázala z domu. Jednoho dne mu matka nařídila, aby šel do knihovny a sehnal knihu o astronomii. Rupert si pamatuje, že kniha byla „docela zajímavá“ a že ji četl v době kolem 28. dubna 1930, kdy bylo úplné zatmění Slunce. Rozhodl se, že se stane astronomem a vesmírným cestovatelem. V přípravách na své vymyšlené cesty na Mars a Jupiter si velice chytře zvažoval dodávky potravin a vypočítával, kolik kilo fazolí bude potřebovat, aby cestu přežil.

Na střední škole mu jeho oblíbený učitel fyziky dával projekty navíc a Rupert si začal pohrávat s refrakční mřížkou a spektroskopii. Ve studiu fyziky pokračoval na Caltechu, ačkoliv jeden rok se více věnoval editování školních novin než studiu a propadl. Jeho jediné hodiny biologie na vysoké škole vyučoval Thomas Hunt Morgan.

Poté, co se zpožděním odpromoval, pracoval chvíli pro společnost Lockheed (výrobce letadel) a rozhodoval se, co chce dělat ve zbytku svého života. Design letadel ho nezaujal a jak řekl: „Inženýrství je příliš organizované. Je zde prostor pro kreativitu, ale ne pro ten můj druh kreativity.“

Když začala druhá světová válka, musel Rupert na chvíli svoji kreativitu potlačit a nastoupit do služby k námořnictvu, kde na lodích pomáhal obsluhovat nově nainstalovaná rádia a radary. V létě 1946 od námořnictva odešel a začal doktorské studium fyziky na Univerzitě Johna Hopkinse. (Chtěl se původně vrátit na Caltech, ale tam nedokázali překousnout, že propadl.)

Během svého doktorského výzkumu pracoval s Johnem Strongem na infračervené spektroskopii. Biologií se začal zabývat, když za ním přišli pracovníci z katedry biologie s žádostí o pomoc na projektu o účinku infračerveného světla na květiny. Později ho Roger Herriott a Sol Goodgal přetáhli do jejich laboratoře, kde se zabývali transformacemi. Právě Goodgal přišel s nápadem prokázat, že enzymy aktivované viditelným světlem opravují poškozenou DNA.

Rupert připisuje úspěch tohoto prvního experimentu Štěstěně. „Udělal jsem chybu během přípravy kompetentních buněk a získal jsem desetkrát více transformantů, což se pak stalo standardním postupem.“

Na reparaci DNA aktivované světlem pokračoval po většinu své kariéry na University of Texas v Dallasu, kam se přesunul. Jeho student Aziz Sancar v osmdesátých letech úspěšně získal a popsal reparační enzym.

V roce 1989 odešel Rupert z výzkumu, a než odešel do plného důchodu, stal se na krátký čas víceprezidentem pro akademické záležitosti. Ve volném čase si s manželkou užívá divadel a koncertů a stal se dobrovolníkem v místní nemocnici, kde pomáhá s péčí o dlouhodobě nemocné děti.

Richard B. Setlow (1921–)

Richard Setlow se narodil v roce 1921 v Bronxu, kde také vyrůstal. Dobré známky mu umožnily studovat na střední škole Townsend Harris, která však byla později starostou LaGuardiou uzavřena kvůli elitářství. Pokračoval na Swarthmore College, kde se zajímal o vědu a setkal se zde s výjimečným učitelem fyziky. „Takto jsem se stal fyzikem, protože jako fyzik můžete vysvětlovat věci tak krásně,“ říká Setlow.

Po promoci v roce 1941 pokračoval ve studiu fyziky na Yale. „Na oddělení fyziky zrovna vznikala skupina biofyziků a tak jsem si řekl, že by to mohla být zábava.“, vzpomíná Setlow. „Strávili jsme hodně času ozařováním proteinů, virů i buněk ionizujícím a ultrafialovým světlem.“

Titul Ph.D. ve fyzice získal v roce 1947. Na Yale pokračoval přednášením fyziky a biofyziky a to až do roku 1961, kdy odešel do Oak Ridge National Laboratory, protože „chtěl mít více času na výzkum, neboť je mnohem zábavnější.“

Nejprve se začal zajímat o mechanismy reparace, protože se ho někdo v Oak Ridge zeptal: „Hele Dicku, co víš o těch bláznivých Holanďanech, kteří ozařují zmrzlé roztoky tyminu, a já musel přiznat, že nic.“

Poté, co si přečetl články těch „bláznivých Holanďanů“, dospěl k rozhodnutí, že jejich závěry, že tyminové dimery, které rozbili UV zářením, jsou založeny na stejném principu, jako buněčná fotoreaktivace, jsou chybné, a rozhodl se problém vyřešit. V roce 1964 spolu se svými kolegy ukázal, že bakteriální buňky opravují tyminové dimery pomocí enzymů, které dimer odstraní a nahradí ho nepoškozenými bázemi.

V roce 1974 se přesunul do Brookhaven National Laboratory (BNL), kde dodnes aktivně pracuje ve výzkumu reparace DNA a výzkumu ultrafialového záření. V devadesátých letech zjistil Setlowův tým, že nikoliv UV-B, ale UV-A záření způsobuje většinu melanomů. Výzkum prováděli na speciálních hybridních rybách, které jsou citlivé na ultrafialové záření.

Díky svým výsledkům si Setlow myslí, že za nárůstem výskytu melanomu nestojí řídnutí ozonové vrstvy, protože ta odfiltruje pouze UV-B záření. „Mám pocit, že velký nárůst maligního melanomu je způsoben změnou životního stylu. Lidé používají opalovací krémy, aby mohli zůstat déle na Slunci, ale opalovací krémy – a to i ty, které, jak tvrdí výrobci, blokují UV-A záření – nedokáží ochránit před zářením takové vlnové délky, které pravděpodobně navozuje vznik melanomu.“

V roce 1998 odešel ze svého administrativního postu pomocného ředitele v oblasti biologických věd, aby věnoval více času výzkumu. Setlow rád poslouchá hudbu, má rád turistiku a je dobrovolníkem na táborech pro handicapované.

Mezi mnohá ocenění patří jeho zvolení do Národní akademie věd (National Academy of Sciences) v roce 1973 a členství v Americké asociaci pro pokrok ve vědě (American Association for the Advancement of Science) v roce 1988.

Věděli jste, že?

DNA reparační enzymy byly v roce 1994 prohlášeny „molekulou roku“ časopisu Science.

Hmmm…

Mechanizmy opravující DNA nás nedokáží uchránit před poškozením, které způsobuje nadměrné vystavování se na slunci. Chrání nás opalovací krémy před rakovinotvorným UV-A zářením?

Odkazy a literatura

Sdružení Xeroderma pigmentosum
Tato stránka poskytuje informace o tomto genetickém onemocnění, které je způsobeno poruchami funkce DNA reparačního enzymu

• Friedberg, Errol C., 1997, Correcting the Blueprint of Life: An Historical Account of the Discovery of DNA Repair Mechanisms, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor.
• Rupert, Claud S., Goodgal, Sol H., and Herriott, Roger M., 1958, Photoreactivation in vitro of Ultraviolet Inactivated Hemophilus influenzae Transforming Factor, Journal of General Physiology, 41: 451-471.
• Setlow, Richard B., 1997, DNA Damage and Repair: A Photobiological Odyssey, Photochemistry and Photobiology, 65S: 119S-122S.
• Snustad, D. Peter, Simmons, Michael J., and Jenkins, John B., 1997, Principles of Genetics, John Wiley & Sons, Inc., New York.

RNDr. Pavel Lízal, Ph.D., Mgr. Zuzana Hanzelková a kolektiv |
ÚEB, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita |
Mendelovo muzeum, Masarykova univerzita |
Návrat na úvodní stránku webu, přístupnost |

| Technická spolupráce:
| Servisní středisko pro e-learning na MU
| Fakulta informatiky Masarykovy univerzity, 2013

Centrum interaktivních a multimediálních studijních opor pro inovaci výuky a efektivní učení | CZ.1.07/2.2.00/28.0041

Nahoru