Individuální frekvence mutací byla stanovena s bezprecedentní přesností
Byla stanovena frekvence mutací: genetici zjistili, kolik individuálních mutací vzniká v naší DNA během života a které oblasti genomu jsou tomuto procesu obzvláště náchylné. Podle jejich údajů nese každý člověk v průměru ve svém genomu asi 152 nových změn DNA. Ty jsou však rozloženy nerovnoměrně: některé části genomu mutují častěji, než se dříve předpokládalo, jiné jsou stabilnější, jak uvádí tým vědců. V budoucnu mohou tyto poznatky pomoci odhalit příčiny genetických onemocnění.
Během života se náš genom mění pod vlivem okolního prostředí a v důsledku náhodných mutací. Chemické látky, záření a další faktory zanechávají stopy v naší DNA, stejně jako náhody nebo chyby při dělení buněk. Kromě toho vždy zdědíme mutace od svých rodičů a předků. „Veškerá genetická variabilita, kterou pozorujeme u jednotlivých lidí, je výsledkem těchto mutací,“ vysvětluje spoluautorka studie Lynn Jord z Univerzity v Utahu.
Kolik mutací v sobě neseme?
Proto neexistují dva stejní lidé. Tyto individuální genetické změny určují například nevinné vnější znaky, jako je barva očí, ale také aspekty zdraví – například zda můžeme trávit laktózu nebo zda máme genetické onemocnění. Odhady říkají, že geny každého člověka se liší od genů obou rodičů v stovkách míst.
Kolik individuálních mutací však skutečně existuje v našem genomu a které z nich se dědí, je zatím známo jen částečně. Důvodem je, že mnoho z těchto změn se odehrává v oblastech DNA, které jsou obzvláště obtížné pro výzkum. Tyto oblasti genomu, například v centromerách, „byly dosud nepřístupné“, říká spoluautor studie Aaron Quinlan z Univerzity v Utahu. Proto se dosud podařilo objevit pouze asi 60–70 individuálních, nezděditelných mutací v každé generaci.
Vzorky DNA čtyř generací
Výzkumníci pod vedením prvního autora článku Davida Porubského z Washingtonské univerzity spojili několik moderních metod analýzy DNA, aby poprvé úplně prozkoumali lidský genom a rychlost jeho změn. Za tímto účelem sekvenovali DNA 28 členů čtyř generací jedné rodiny ze státu Utah.
Porubski a jeho kolegové analyzovali tyto vzorky pomocí pěti různých technologií. To jim umožnilo odhalit jak velké změny, jako jsou rozdíly mezi jednotlivými kopiemi chromozomů a alelami, tak i nejmenší změny v úsecích DNA s mnoha opakujícími se sekvencemi bází. Poté vědci porovnali genomy rodičů s genomy jejich dětí a určili rychlost mutací v jejich DNA.
Rychlost mutací je desetkrát vyšší, než se předpokládalo
Analýza ukázala, že náš genom se nemění ve všech částech stejně, ale mutuje různou rychlostí v závislosti na úseku. „Zjistili jsme, že některé části našeho genomu jsou extrémně proměnlivé, téměř každá generace má mutaci,“ říká Quinlan. ‚Četnost de novo strukturálních variant se ve srovnání s předchozími odhady zvýšila z 0,2–0,3 na 3–4 na generaci,‘ uvádí tým.
Frekvence mutací v těchto oblastech je tedy vyšší, než se dříve předpokládalo. Ostatní segmenty DNA se naopak ukázaly být stabilnější, než se předpokládalo. Na základě těchto údajů vytvořili vědci vysoce rozlišující mapu lidského genomu, která nyní s bezprecedentní přesností ukazuje, které oblasti DNA mutují rychle a které pomalu. „Frekvence de novo mutací se liší o řád a závisí na počtu kopií, délce opakujících se úseků a podobnosti sekvence,“ vysvětluje tým.
Asi 150 nových mutací na člověka
Nové údaje také ukazují, kolik individuálních mutací se u nás vyvíjí. Celkově Porubský a jeho kolegové objevili 98 až 206 míst v genomu, kde se lidská DNA lišila od DNA jeho rodičů. Tyto mutace tedy nejsou dědičné, ale musely vzniknout po oplodnění. V průměru vědci u testovaných osob objevili 152 individuálních, nedědičných změn DNA v rámci přibližně tří miliard párů bází lidského genomu.
Srovnání DNA také ukázalo, že většina individuálních mutací vzniká ihned po oplodnění. „Odhadujeme, že asi 16 procent bodových mutací de novo je postzygotických,“ říkají vědci. ‚Rané fáze dělení buněk lidského embrya jsou obzvláště náchylné k chybám,‘ vysvětluje tým. V této rané fázi vývoje člověka se buňky dělí rychleji než později. Proto dochází k většímu počtu chyb při kopírování.
Na stopě genetických onemocnění
Nové objevy mohou pomoci najít pravděpodobnou příčinu genetických onemocnění. Pokud se totiž choroboplodná genetická vada nachází v „mutovaném ohnisku“ našeho genomu, je větší pravděpodobnost, že se jedná o novou mutaci, která vznikla během života dítěte, a ne o mutaci zděděnou od jednoho z rodičů. V takovém případě je riziko, že rodiče budou mít další děti se stejnou nemocí, nižší.
Pokud však dítě má genetickou změnu v části našeho genomu, která se celkově málo mění, pak tuto mutaci s největší pravděpodobností zdědilo od rodičů. V takovém případě mají budoucí děti těchto rodičů vyšší riziko, že budou také trpět genetickým onemocněním.
Genom všech rodin se mění stejnou rychlostí?
Pro toto použití však zůstává otevřená otázka: „Do jaké míry lze tyto výsledky zobecnit pro různé rodiny, pokud se pokusíme předpovědět riziko onemocnění nebo vývoj genomů?“ vysvětluje Quinlan. Aby to zjistili, chtějí Porubský a jeho kolegové nyní provést další výzkum DNA jiných lidí a porovnat rychlost genetických změn v různých rodinách.
