Přechod na hlavní menu, Přechod na podmenu, Přechod na obsah, Přechod na patičku
     

Geny lze zapnout a vypnout

Geny lze zapnout a vypnout

Když během padesátých a šedesátých let 20. století vědci odhalili genetický kód a strukturu genů, začali na geny nahlížet jako na sbírku plánů – jeden plán pro každý jeden protein. Geny ale neprodukují své proteiny neustále, což naznačuje, že organismy mohou jejich tvorbu regulovat. Francouzští výzkumníci poprvé osvětlili regulaci genové exprese u bakterií.

Pokud je v prostředí k dispozici laktóza, pak bakterie E. coli zapíná celou sadu genů, které metabolizují cukr. Vědci zkoumali děje, které laktóza spouští, a zjistili, že se přitom odstraňuje inhibitor navázaný na DNA. Odstranění inhibitoru pak zapíná gen a tím produkci proteinů.

Gen, který produkuje inhibitor, je tzv. regulační gen. Jeho objev změnil vnímání vývoje vyšších organismů. Nejenže buňky obsahují genetický plán pro strukturní proteiny ve své DNA, ale také mají regulační program pro realizaci těchto plánů.

Galerie

François Jacob na setkání v Cold Spring Harbor, 1953.
François Jacob, 1985.
Barbara McClintocková nalevo a Jacques Monod napravo na setkání v Cold Spring Harbor, 1946.
Zleva doprava: Jacques Monod, Peter Lengyel, Walter Gibert, Luigi Gorini na setkání v Cold Spring Harbor, 1966.
Jacques Monod a Suzanne Bourgeoisová, 1969.

Věděli jste, že?

Monod si původně myslel, že se ß-gal tvoří, když laktóza způsobí spojení několika již existujících podjednotek do výsledného enzymu.

Hmm…

Co si vědci mysleli o genové regulaci před vytvořením modelu laktózového operonu Jacobem a Monodem?

Video

Videa v této kapitole jsou v původním anglickém znění.

Walter Gilbert

Walter Gilbert

Walter Gilbert byl profesorem Carl M. Loeb University na Harvardu a nyní je předsedou Harvardské společnosti Harvard Society of Fellows. V roce 1980 získal Nobelovu cenu za chemii za práci na sekvenování DNA.

Pro správné zobrazení videa musíte mít nainstalovaný Adobe Flash Player 9.0 nebo vyšší.

Jacques Monod a François Jacob byli prvními, kteří objevili, jak se geny zapínají a vypínají.

nahoru

Jacques Lucien Monod (1910-1976)

Geny lze zapnout a vypnout

Jacques Lucien Monod se narodil 9. února 1910 v Paříži, ale vyrůstal ve slunném Cannes, domově filmového festivalu. To může vysvětlit, proč se říkalo, že měl hereckou touhu po pozornosti.

Jeho otec Lucien byl portrétista a jeho matka Charlotte Toddová pocházela z Milwaukee ve Wisconsinu. Jako dítě Monod lezl po skalách, plachtil na jachtě, hledal fosílie a pitval kočky, také se učil číst řecky a hrát na violoncello. V 16 letech se rozhodl, že se stane biologem, aby vysvětlil, jak fungují živé organismy v podmínkách, které neporušují zákony fyziky.

Do Paříže se vrátil v roce 1928, aby zde studoval přírodní vědy na Sorbonně. Byl přesvědčen, že genetika je klíčem k vysvětlení života v těchto podmínkách. Titul získal v roce 1931 a začal usilovat o titul Ph.D. Během této doby ho Boris Ephrussi přivedl do Caltechu, epicentra genetiky. V knize „The Eighth Day of Creation“ si Ephrussi stěžuje: „Vzal jsem ho do Kalifornie studovat genetiku. Udělal mi ze života peklo.“

Ačkoli Monod přiznal, že se v Kalifornii flákal, udělal na místní obyvatele dojem svými hudebními schopnostmi. Dirigoval koncerty pro American millionaires, kteří se jej snažili najmout do jejich místního orchestru.

Nakonec odmítl kariéru v hudbě a vrátil se do Paříže, aby dokončil svá studia. V roce 1938 se oženil s archeoložkou Odette Bruhlovou a v roce 1939 se stal otcem dvojčat – chlapců. V roce 1940 získal doktorát a připojil se k Francouzskému hnutí odporu (French Resistance).

Během války byl povýšen na náčelníka štábu pro operace ozbrojených sil „Françaises de l'Interieur“. V rámci přípravy na příchod spojenců řídil výsadky zbraní, železniční bombové útoky a zachycení nepřátelské pošty. Také pokračoval v práci s bakteriemi, malými stvořeními, se kterými mohl manipulovat jako s chemikáliemi.

Práce, kterou Monod udělal s bakteriemi během války, se nakonec vyvinula do slavného experimentu PaJaMo, kdy Arthur Pardee, François Jacob a Monod sepsali studii, která ukázala, že bakterie tvoří inhibitor pro vypnutí výroby ß-galaktozidázy.

V době vypracování systému lac operonu Monod zaměřil svoji zvídavost na alosterii. Tento koncept, v němž se mění tvar aktivního místa enzymu při vazbě efektorové molekuly, Monod nazýval druhým tajemstvím života.

V pozdějších letech své kariéry interpretoval poznatky molekulární biologie pro širokou veřejnost v knize „Chance and Necessity“ a řídil Pasteurův ústav. Zemřel 31. května 1976 na leukémii, jeho poslední slova byla: „Je cherche a comprendre“ (Snažím se pochopit).

nahoru

François Jacob (1920-)

Geny lze zapnout a vypnout

Francois Jacob vyrostl v Paříži. Cítil se ochuzen o sourozence a myslel, že mu tím rodiče neprávem odepřeli komplice a kamaráda pro hraní, na kterého měl právo. Rozhodl se, že si pro sebe jednoho najde, avšak nevěděl, že se nedají pořídit v obchodě.

Záměrně sledoval líbající se páry poté, co vyslechl, že líbání způsobuje růst dítěte v matčině břiše. Byl přesvědčen, že matka musela ukousnout část z otce, ale nikdy nebyl svědkem tohoto krvavého procesu, který si představoval, a tak to vzdal. (Později měl s manželkou Lise čtyři děti.)

Jako dospívající sám sebe popisuje jako „ve stínu dívek“. Neměl mnoho úspěchů ani s chlapci, neustále se dostával do bitek s pravicovými tyrany, kteří měli poznámky na jeho židovský původ. V bojích pokračoval, přestože zřídkakdy vyhrával. Ve škole vynikal, ale nesnášel rozčlenění předmětů.

Po ukončení školy se zajímal o medicínu, protože operace mu připadaly jako kouzelnické triky. Pohled na lidské tělo a až náboženská stránka tichého operačního sálu ho ohromovali. Navštěvoval lékařskou školu, dokud ho blížící se německá invaze nepřinutila v roce 1940 uprchnout do Anglie.

V Anglii vstoupil do armády generála de Gaulla, jednotka Svobodní Francouzi. Vybral si dělostřelectvo, ale byl nucen přestoupit ke zdravotnické jednotce. Sloužil v severní Africe a účastnil se invaze v Normandii v roce 1944.

Jeho sen stát se chirurgem ukončil šrapnel, který během invaze prorazil jeho bok. Přesto, poté co byl propuštěn z nemocnice, dokončil lékařskou školu. Po dokončení školy hledal rychlé a snadné téma pro svou diplomovou práci. Studoval vlastnosti nového antibiotika tryothicinu, avšak své výzkumné techniky popisuje tak, jako kdyby „šel do laboratoře pracovat Charlie Chaplin“.

Přes jeho těžkopádnost a pokročilý věk se Jacob přikláněl k výzkumné kariéře v genetice. Několikrát se pokoušel o spolupráci s André Lwoffem a jeho kolegou Jacquesem Monodem, byl však pokaždé odmítnut. Nakonec při jeho posledním pokusu byl Lwoff v dobré náladě a navrhl, aby začal pracovat na „indukci profága“. Jacob neměl tušení, co to znamená, ale i tak přijal.

Po účasti na svém prvním semináři o indukci laktózy byl omámen, ale také fascinován. Vědci střídavě říkali vtipy a navzájem se vyptávali na nepříjemné otázky. „Nebyl to chladný, vševědoucí, upjatý, trochu smutný a trochu nudný svět, jak si člověk často představuje,“ vzpomíná ve své autobiografii.

Po získání doktorátu v roce 1954 zůstal ve Lwoffově laboratoři a pracoval s fágy. O patro níže pracoval Jacques Monod na bakteriích. Poté co si Jacob uvědomil, že vlastně studují stejnou věc – represi – započali s Monodem svoji spolupráci, za kterou byli oceněni Nobelovou cenou, a to za odhalení přepínače, který vypíná a zapíná produkci ß-galaktozidázy.

Rozluštění laktózového operonu nejenže představilo nový koncept regulačních míst na DNA, ale také koncept mRNA. Jacob a Monod totiž museli předpokládat existenci prostředníka mezi molekulou DNA a bílkovinami, aby došlo k rychlé produkci enzymu. Jacob krátce pracoval v Kalifornii se Sydney Brennerem za účelem ověření této hypotézy.


Věděli jste, že?

Ačkoliv Jacobův a Monodův model závisel na existenci inhibitoru, nikdy se jim ho nepodařilo izolovat.

Hmmm…

Proč bylo tak těžké inhibitor najít?

Odkazy a literatura

Ovládání genu
Tato stránka poskytuje přehled o lac operonu a popisuje experimenty, které testují tento systém. Jedná se o součást většího projektu (Science Project), který vznikl společnými silami studentů a učitelů. Dr. François Jacob – Quick Time Video
Dr. Jacob mluví o svých experimentech. Toto video je z webových stránek „Zygote“ ze Swarthmore College. Infekce E. coli
Sledujte, jak bakterie, která nám dala lac operon, napadá střevní buňky. Klikněte na odkaz „E. coli’s Infection Strategy“. Vytvořeno pracovníky z Howard Hughes Medical Institute.
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 |
Stránky Přírodovědecké fakulty MU
| 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