Licenci Mendelovu muzeu a Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity poskytlo Cold Spring Harbor Laboratory
Živé organismy mají společné geny
Všechny živé organismy uchovávají genetickou informaci pomocí stejných molekul – DNA a RNA. V sekvenci těchto molekul jsou vepsány jasné důkazy o společných předcích všech živých tvorů. Vývoj vyšších forem života vyžaduje rozvoj nových genů pro stavbu různých tělních plánů a odlišných typů výživy. Ale i přesto si složitější organismy uchovávají ze své primitivní minulosti mnoho genů, např. geny řídící základní metabolické funkce.
Geny jsou během evoluce organismů tedy zachovány, nicméně některé se mohou změnit nebo jsou „ukradeny“ jiným organismem. Například bakterie si mohou konjugací vyměňovat plazmidy nesoucí geny pro rezistenci k antibiotikům a viry mohou své geny vložit do hostitelské buňky. Také některé savčí geny byly přijaty viry a později zase přešly do jiných savčích hostitelů. Bez ohledu na to, jak organismus gen získá a jak si jej udrží, oblasti nezbytné (esenciální) pro správnou funkci proteinu jsou vždy zachovány v nezměněné podobě. V místech, která však nejsou životně důležitá, se naopak mohou hromadit různé mutace, které pak odráží celkovou evoluční historii příslušného genu.
Galerie
Věděli jste, že?
Bakterie E. coli „ukradla“ jeden ze svých genů pro dehydrogenázu od živočichů, pravděpodobně když přebývala ve střevech.
Hmm…
Jak časté bylo „kradení“ genů během evoluce?
Video
Videa v této kapitole jsou v původním anglickém znění.
 |
Michael WiglerDr. Mike Wigler je profesorem na Watson School of Biological Science v Cold Spring Harbor Laboratory, kde jeho laboratoř zkoumá genetické mutace, které řídí vývoj rakovinných buněk. |
Mike Wigler a jeho skupina jako první naklonovali a charakterizovali lidské onkogeny. Mike Bishop a Harold Varmus přišli na to, jak retroviry transformují normální buňky na rakovinné.
Mike Wigler (1947-)
Za kariéru Mika Wiglera jako vědce je pravděpodobně zodpovědná nuda na předměstí. Než se Wiglerova rodina přestěhovala z Bronxu, tak rád hrál baseball s přáteli nebo chytal hady v parku.
„Byl jsem z opuštění města velmi nešťastný,“ vzpomíná Wigler, „protože ve městě je spousta parků a v nich hrající si děti. Přestěhovali jsme se však na předměstí, kde je teoreticky více přírody, ale velmi málo parků a děti si tam venku nehrály.“
Svou nudu z předměstského života Wigler kompenzoval studiem a v páté třídě se začal učit chemii. „Spouštěcí událostí bylo, že jsem chtěl postavit raketovou loď a potřeboval jsem se dozvědět něco o palivu, oxidaci a redukci. V podstatě jsem chtěl provádět exploze.“
Plán byl zmařen jeho otcem, středoškolským učitelem chemie, který odmítl přinést domů cokoliv nebezpečného. Wiglerův zájem o chemii se před vysokou školou přesunul na matematiku a fyziku, a když odešel na Princeton, byla jeho hlavním zájmem matematika.
Na Princetonu ve své třídě vynikal a během druhého ročníku začal navštěvovat hodiny postgraduální úrovně. Během dovolené, kterou trávil v domě svých rodičů, se však rozhodl opustit matematiku a odejít studovat medicínu, aby svůj život zasvětil pomáhání lidem.
„Matematika má velmi malý sociální význam,“ vysvětlil v knize o hledání genů rakoviny nazvané „Natural Obsessions“. „Z dlouhodobého hlediska je pro společnost užitečná, ale z krátkodobého je matematika více autistickou činností. Chtěl jsem se svým životem udělat něco, co bude společensky prospěšné.“
Na otázku proč nedokončil lékařskou školu na Rutgers, radostně odpověděl: „ Protože jsem propadnul!“ Ale ve skutečnosti Wiglerova mysl opět bloudila. Namísto plánování explozí hrál šachový turnaj.
Při pročítání sekce „Hledáme pomoc“ našel v New York Times inzerát hledající laboratorního technika pro Bernieho Weinsteina na Kolumbijské univerzitě. „Nebyl jsem tím, koho hledal, ale pozici nakonec vypsal a najal mě na částečný úvazek. Myslím, že jsem tam šel jen tak, abych si hrál, dokud nepřijdu na to, co chci se svým životem udělat.“
Weinstein se zajímal o rakovinu a studoval chemické karcinogeny, které mění DNA. Cvičený v matematice a naplněný arogancí, kterou mají matematici k biologům, si Wigler myslel, že Weinsteinův přístup k problému je marný. „Bylo mi jasné, že pokud věcí, která způsobuje rakovinu, jsou mutageny, pak je to onemocnění způsobené mutací. Chcete-li rakovinu vyřešit – což mi připadalo jako zajímavé téma pro práci – musíte si vyvinout genetické nástroje.“
Tyto genetické nástroje začal vyvíjet jako postgraduální student u Richarda Axela na Kolumbijské univerzitě. Sledoval, jak se genetikům podařil přenos genů z jedné bakterie do druhé a pomohl vyvinout systém, který to samé uměl s buňkami savců.
Poté, co v roce 1979 přešel na Cold Spring Harbor Laboratory, používal on a další laboratoře tento systém pro vložení lidského genu způsobujícího rakovinu do normálních lidských buněk. Normální buňky se tím změnily na rakovinné, což vedlo k objevení prvních lidských onkogenů.
Wiglerova laboratoř se doposud zabývá hledáním nových lidských onkogenů a studuje jejich funkce v kvasinkách a savčích buňkách. Když není Wigler v laboratoři, hraje na klavír (avšak bez rytmu) nebo zkouší štěstí v bridge.
John Michael Bishop (1936-)
Jednou z mylných představ o vědcích, kteří získají Nobelovu cenu, je, že se narodí již připraveni pozorovat svět pod mikroskopem a odhalit tajemství života. To však určitě neplatí pro J. Michaela Bishopa, jehož první opravdovou vášní byla hudba. Naučil se zpívat a ve dvou maloměstských kostelech v Yorku ve státě Pensylvánie, kde jeho otec dělal kněze, hrál na piano.
Jeho druhou vášní, kterou v něm zažehl jeho učitel, byla historie. Ve škole se mu vedlo dobře, ale na vědu narazil až na střední, když se spřátelil s místním lékařem. Ten ho s sebou bral k pacientům a nechal ho pozorovat operace, takže když v roce 1953 nastoupil na Gettysburg College, rozhodl se pro medicínu.
Přestože absolvoval vysokou školu v oboru lékařství, měl spoustu dalších zájmů, které nakonec způsobily, že medicínu opustil. Rozhodoval se pro jiný obor, například svoji šanci u něj měla historie, filozofie a psaní, ale jedinou věcí, která ho přitahovala nejsilněji, bylo pokračovat v akademické kariéře, i když si nebyl jist, jaký předmět by chtěl učit. S tímto vědomím ho jeho školní poradce nasměroval na Harvardskou lékařskou fakultu.
Bostonská nabídka symfonických koncertů a muzeí poskytla dostatek míst k rozptýlení pro maloměstského chlapce s první zkušeností s městským životem. Nicméně lékařská fakulta nenaplnila jeho očekávání jako místa připravujícího k učitelské profesi. Namísto toho se ukázalo, že cesta k jeho akademické kariéře vede přes výzkum, ne přes výuku. Bishop však s výzkumem neměl žádné zkušenosti. Přes léto proto hledal zaměstnání v neurobiologické laboratoři, ale byl odmítnut.
Zachránili ho dva patologové Všeobecné nemocnice v Massachusetts, kteří ho zasvětili do výzkumu. Po třech letech se rozhodl pro živočišnou virologii, částečně i proto, že to byla oblast otevřená i pro nově příchozí, a tak přešel do jiné laboratoře. Tam poznal opojení z výzkumu, ale také se naučil, že věda je přísně praktická a dokáže i zklamat.
Další zkušenosti získal prostřednictvím National Institute of Health`s Research Associate Training Program, kde si upevnil své dovednosti ve výzkumu a vydal svůj první článek o replikaci viru obrny. V roce 1968 přijal místo na fakultě Kalifornské univerzity v San Franciscu, kde začal pracovat na replikaci retrovirů.
V roce 1970 přišel do laboratoře nový postdoktorand Harold Varmus a změnil Bishopův život. Společně se rozhodli vyřešit záhadu, jak virus Rousova sarkomu transformuje normální buňky na rakovinné. Tento výzkum revolučně změnil lidské chápání rakoviny. Uvědomili si, že za rakovinu jsou zodpovědné naše vlastní geny v buňkách. Za tento výzkum získali v roce 1989 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu.
Bishop je sice více známý pro svůj výzkum, ale je také oblíbeným učitelem na UCSF a dvakrát vyhrál ocenění školy za kvalitu výuky (Excellence in Teaching award). Navíc pracoval na univerzitním terénním programu pro podporu vědeckého vzdělávání na veřejných školách. Říká, že: „Věda je nesrovnatelnou kulturní silou naší doby. Nikdo z nás, ať už dnes nebo v budoucnu, se neobejde bez všeobecných znalostí vědy. Ta je také základním přístupem k objevování a učení, takže její principy mohou být užitečné skoro každému.“
V letech 1998-2009 byl J. Michael Bishop rektorem UCSF, kde navíc vede i výzkumnou laboratoř. Žije v San Franciscu v Kalifornii se svojí ženou Kathryn Ione Putmanovou. Mají dva syny, Dylana Michaela Dwighta a Eliota Johna Putmana. Pokud bude reinkarnován, přeje si Dr. Bishop stát se mimořádně talentovaným hudebníkem ve smyčcovém kvartetu.
Harold Eliot Varmus (1939-)
V polovině svého prvního roku postgraduálního studia anglické literatury na Harvardu měl Harold Varmus sen, který ho děsil. Byl v něm profesorem angličtiny, což byla práce, na kterou se připravoval, ale jeden den přednášení kvůli nemoci zmeškal. Jeho studenti byli zprávou, že nebude hodina, nadšeni. Po probuzení si Varmus pomyslel, že kdyby byl lékařem, tak by nikdo určitě nebyl rád, kdyby se v práci neukázal. A s touto myšlenkou přesměroval svůj zájem nejprve na medicínu, poté k vědě a nakonec až k největší biomedicínské instituci na světě – National Institute of Health (NIH).
Když vyrůstal na jižním pobřeží Long Islandu, původně plánoval, že se stane lékařem jako jeho otec. Měl rád přírodu, v létě rybaření a v zimě lyžování, ale ve fotbale a na baseballovém hřišti byl neschopný. Proto, když navštěvoval místní veřejné školy, které byly kolektivními sporty ovládány, hledal útočiště v četbě.
V roce 1957 začal s přípravným studiem medicíny na Amherst College, ale byl sveden akademickým životem. Od vědy přešel k anglické literatuře, zapojil se do politiky a vedl univerzitní noviny. Poté, co dokončil svou práci o Charlesi Dickensovi, odešel s Wilsonovým stipendiem v kapse na postgraduální studium na Harvard.
Poté, co školu dokončil, studoval medicínu na Columbia College of Physicians and Surgeons. Zpočátku ho přitahovalo praktikovat medicínu v zahraničí, avšak tuto jeho touhu nakonec zmírnila stáž v misijní nemocnici v Bareilly v Indii, a tak nakonec přešel k základnímu lékařskému výzkumu. Život v laboratoři poprvé poznal jako klinický spolupracovník na NIH při studiu genové exprese bakterií.
O rok později, v roce 1970, odešel Varmus na Kalifornskou univerzitu v San Franciscu, aby zde s Mikem Bishopem studoval nádorové viry. V té době si mnoho vědců myslelo, že tyto viry způsobují rakovinu tak, že své vlastní geny injikují do genomu hostitele. K posílení tohoto pohledu přispělo nalezení virových nádorových genů u infikovaných zvířat. Ale Varmus a Bishop zjistili, že tyto virové geny byly původně zvířecí a viry jim je vlastně „ukradly“. Geny, které způsobují rakovinu, tak pocházejí ze zvířete a jsou poškozené. Za tuto práci získali Varmus s Bishopem v roce 1989 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu.
Varmus na UCSF zůstal až do roku 1993, kdy odešel, aby vedl NIH, dokud ho v roce 2009 nepřevzal Francis Collins. Ačkoliv si jeho přátelé mysleli, že pro tuto práci nemá trpělivost a že nemá žádné zkušenosti s administrativou mimo vlastní laboratoř, podařilo se mu získat kongresmany obou stran a zvýšit rozpočet NIH z 11 na 16 miliard dolarů. Peníze se mu podařilo získat i přesto, že sám zůstal oddaný vědě a základnímu výzkumu, který je zaměřen na pochopení života, nikoliv přímo na léčbu onemocnění.
Přestože získal Nobelovu cenu a seděl vedle Hillary Clintonové během čtení zprávy o stavu unie (State of The Union Address), většina pracovníků přímo ve Washingtonu i mimo něj ani nevědělo, kdo Varmus vlastně je. Studentské noviny na Harvardu jej nazvali „Dr. Who“ (Dr. Kdo) poté, co byl vybrán, aby přednesl zahajovací řeč, a když ho zákazníci místní kavárny považovali za vandráka, když tam přišel ve svém starém, zapáchajícím cyklistickém úboru.
Od roku 2000 do roku 2010 byl prezidentem a generálním ředitelem Memorial Sloan-Kettering Cancer Center v New Yorku. Pak byl jmenován ředitelem Národního ústavu pro rakovinu (National Cancer Institute). Je vášnivým cyklistou, oženil se s novinářkou Constance Caseyovou a mají spolu dva syny, Christophera a Jacoba.
Věděli jste, že?
Předtím, než se Mike Wigler rozhodl stát se vědcem, odešel na semestr z vysoké školy do domu svých rodičů, aby si vše dobře promyslel.
Hmmm…
Kvasinky mají asi 6 000 genů a lidé asi 25 000. Kde jsme přišli k těm ostatním genům?
Odkazy a literatura
Bakteriální ID LaboratořVyberte si virtuální bakteriální ID laboratorní odkaz. Tato virtuální laboratoř Vás provede sekvenační laboratoří, kde si projdete všechny kroky v sekvenování bakteriální DNA. Pak můžete prohledat BLAST a najít a identifikovat zdroj DNA. (Tip: Chcete-li kopírovat sekvenci v laboratoři, stiskněte současně CTRL a C.) Molekulární biologie a fylogenetika primátů
Tento odkaz z Woodrow Wilson National Fellowship Foundation slouží jako laboratorní protokol pro učitele. Laboratoř využívá homologní sekvence primátů k odhalení evolučních vztahů s našimi bratranci.
- Angier, N., 1988, Natural Obsessions: The Search for the Oncogene, Houghton Mifflin Company, pp. 394, Boston.
- Barbacid, M., 1987, ras GENES, Ann. Rev. Biochem., 56: 779-827.
- Doolittle, W.F., 1999, Phylogenetic Classification and the Universal Tree, Science, 284: 2124-2128.
- Foury, F., 1997, Human genetic diseases: a cross-talk between man and yeast, Gene, 195: 1-10.
- Kataoka, T., Powers, S., et al., 1985, Functional Homology of Mammalian and Yeast RAS Genes, Cell, 40: 19-26.
- Kerem, B., Rommens, J.M., et al., 1989, Identification of the Cystic Fibrosis Gene: Genetic Analysis, Science, 245: 1073-1080.
- Ochman, H., Lawrence, J.G., Groisman, E.A., 2000, Lateral gene transfer and the nature of bacterial innovation, Nature, 405: 299-304.
- Pandey, A. and Lewitter, F., 1999, Nucleotide sequence databases: a gold mine for biologists, Trends in Biochemical Sciences, July, 276-280.
- Powers, S., Kataoka, T., et al., 1984, Genes in S. cerevisiae Encoding Proteins with Domains Homologous to the Mammalian ras Proteins, Cell, 36: 607-612.
- Riordan, J.R., Rommens, J.M., et al., 1989, Identification of the Cystic Fibrosis Gene: Cloning and Characterization of Complementary DNA, Science, 245: 1066-1073.
- Rommens, J.M., Iannuzzi, M.C., et al., 1989, Identification of the Cystic Fibrosis Gene: Chromosome Walking and Jumping, Science, 245: 1059-1065.
- Spector, D.H., Varmus, H.E., Bishop, J.M., 1978, Nucleotide sequences related to the transforming gene of avian sarcoma virus are present in DNA of uninfected vertebrates, Proc. Natl. Acad. Sci., 75: 4102-4106.
- Stehelin, D., Varmus, H.E., Bishop, J.M., Vogt, P.K., 1976, DNA related to the transforming gene(s) of avian sarcoma viruses is present in normal avian DNA, Nature, 260: 170-173.
- Fallows, James, The Political Scientist, The New Yorker, June 7, 1999.
- Anonymous, Biography of Dr. Harold Varmus, http://www.mskcc.org.
- autobiography at http://www.nobel.se
- autobiography from UCSF website (same autobio at Nobel site)
- Malaspina, Rick, New chancellor named for UC San Francisco, February 16, 1998, University of California, Santa Cruz Currents
- US Department of Health and Human Services, "Curiosity is the Key to Discovery: The Story of How Nobel Laureates Entered the World of Science," 1992.
ÚEB, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita |
Mendelovo muzeum, Masarykova univerzita |
Návrat na úvodní stránku webu, přístupnost |
| 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
