Licenci Mendelovu muzeu a Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity poskytlo Cold Spring Harbor Laboratory
Mutace jsou změny v genetické informaci
Sekvence DNA dvou jedinců stejného druhu jsou si navzájem velmi podobné – liší se pouze asi jedním nukleotidem z tisíce. Každá změna v DNA vzniká mutací – od jednonukleotidových změn, přes krátké opakující se úseky až po větší inzerce a delece. Některými mutacemi vznikají nové změny, které jsou startovními body evoluce, zatímco jiné mutace jsou zodpovědné za různá onemocnění. U člověka drtivá většina mutací vzniká v oblastech na DNA, které nekódují proteiny (tzn. nekódující oblasti DNA). Většina z nich je z pohledu evoluce neutrálních nebo nemající vliv na zdraví. Takové mutace tedy nemají ani negativní a ani pozitivní efekt.
Ve dvacátých letech 20. století byly pomocí rentgenového záření (paprsky X) vytvořeny mutace poprvé uměle, a to u modelového organismu Drosophila melanogaster. Byly nalezeny také další typy ionizujícího záření, které mohou navodit mutace. Ultrafialové záření, jako součást slunečního záření, způsobuje určité druhy poškození DNA, včetně spojování sousedních tyminových nukleotidů. Dalšími známými mutageny jsou chemikálie z různých umělých i přírodních zdrojů. Také replikace DNA není dokonalým procesem a je zdrojem nových mutací.
Galerie
Věděli jste, že?
Hermann Muller po ukončení své práce s paprsky X ke konci 20. let trpěl záchvaty deprese. Pokusil se dokonce spáchat sebevraždu vysokou dávkou léků.
Hmm…
Když rentgenové paprsky X způsobují mutace, proč je lékaři a zubaři stále používají pro prohlídky vnitřních částí těla?
Video
Videa v této kapitole jsou v původním anglickém znění.
 |
Elof CarlsonElof Carlson je významný emeritní profesor na Univerzitě Stony Brook v New Yorku. Jako genetik se zájmem o historii vědy byl Dr. Carlson jedním z postgraduálních studentů Hermanna Mullera. |
Mullerem navržené využití letálních pohlavně vázaných znaků u drozofily. Důležitost Mullerova článku o mutacích způsobených paprsky X, část 1. Důležitost Mullerova článku o mutacích způsobených paprsky X, část 2. Důležitost Mullerova článku o mutacích způsobených paprsky X, část 3. Mullerovy názory na eugeniku.
 |
Svante PääboSvante Pääbo je ředitelem oddělení genetiky na Ústavu evoluční antropologie Maxe Plancka (Max Planck Institute of Evolutionary Anthropology) v Německu. Využívá mutací při studiu evoluce člověka. |
Herman Muller získal v roce 1946 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu za výzkum mutací indukovaných paprsky X. Seymour Benzer použil genetiku, aby dokázal, že mutace jsou způsobeny změnami v sekvenci DNA.
Hermann Muller (1890–1967)
Hermann Muller se narodil na Manhattanu v roce 1890 a vyrostl z něj mladý muž se zanícením pro vědu. Jeho otec, který odléval sochy pro Muller Art Metal Works, ovlivnil Hermanna svými socialistickými ideály a láskou k vědě. Jako chlapec trávil letní období pěšími výlety v Adirondackém pohoří a o nocích přemýšlel, jak by mohl vypadat život na planetách, které pozoroval svým dalekohledem.
V roce 1907 začal po absolvování střední školy Morris ve věku šestnácti let navštěvovat Kolumbijskou univerzitu a zajímal se o vznikající obor, genetiku.
Na Kolumbijské univerzitě zůstal také na postgraduální studia, která strávil ve společnosti T. H. Morgana v jeho laboratoři s drozofilami. Spolu s ostatními Morganovými studenty kradl Muller láhve mléka pro pokusy s muškami ze schodů na verandách domů. Jednou se ale s Morganem a jedním jeho studentem, Alfredem Sturtevantem, nepohodl, protože měl pocit, že jeho vlastní myšlenky nejsou ve vydávaných pracích dostatečně uznávány.
Následně se však již Mullerovo jméno objevilo i v několika dalších článcích (mimo jeho vlastní), které vycházely z Morganovy laboratoře. V jedné práci například ukázal, že mutace jednoho genu může změnit expresi jiného. Z toho vyvodil, že mnohé znaky u octomilek mohou záviset na několika genech, které spolu interagují. Poté, co v roce 1915 získal titul, odešel z Morganovy laboratoře a nakonec nastoupil na fakultu na univerzitě v Texasu.
Ve dvacátých letech 20. století prováděl pokusy, které dokazovaly, že paprsky X jsou schopny indukovat mutace. Za tento objev následně získal Nobelovu cenu a okamžitě se proslavil. Svou slávu využíval k varování před škodlivostí rentgenového záření a jeho využívání v lékařství. Ale navzdory jeho upozorněním někteří lékaři rentgenové vyšetření předepisovali dokonce i pro stimulaci ovulace u sterilních žen. Jeho varování většinu doktorů rozhněvalo a bylo převážně ignorováno.
Mullerovy otevřené názory na socialismus ho dostaly do problémů se správou Texasu. Poté, co na škole pomohl vydat komunistické noviny, byla jeho činnost sledována FBI. Měl pocit, že americká společnost během krize upadá, a tak odešel v roce 1932 do Evropy.
Přesun do Sovětského svazu v roce 1934 pak zřejmě Mullera z jeho komunistických sympatií vyléčil, ačkoliv navždy zůstal socialistou. Ze začátku byl nadšený z progresivní společnosti a napsal několik populárních článků, ve kterých chválil přátelské lidi a iniciativu kolektivních zemědělských pracovníků. Nespokojený začal být, když Stalinova politika napadla genetiku a do popředí protlačila lamarkismus jako hlavní evoluční teorii. Stát diktoval, kdo může pracovat v jeho laboratoři a vyslýchali ho kvůli jeho spolupráci s Němci nebo ruskými emigranty. Odešel v roce 1937 poté, co několik jeho studentů a kolegů „zmizelo“, nebo bylo posláno na Sibiř.
Muller strávil 8 týdnů ve Španělsku, kde pomáhal mezinárodní brigádě vyvíjet způsob, jak od padlých vojáků získat krev pro transfuze. Poté pokračoval ve svém výzkumu rentgenového záření a dalších mutagenů (jako je UV záření a hořčičný plyn) na univerzitě v Edinburghu.
V roce 1940 ho druhá světová válka donutila opustit Skotsko a nakonec v roce 1945 našel stálé místo na univerzitě v Indianě. O rok později získal Nobelovu cenu za výzkum paprsků X a jejich schopnosti navozovat mutace. Okamžitě využil příležitosti pro další informační nátlak na veřejnost ohledně nebezpečí rentgenového záření.
Během své kariéry Muller cítil, že by se vědci měli zapojovat do vzdělávání společnosti. Nejenže byl otevřený v otázce škodlivosti záření, ale také bojoval proti útokům Texaské školní rady v diskuzích o evoluci. Šířil svůj pohled na eugeniku – přestože kritizoval americké eugenické hnutí pro jeho rasismus a rozdělování do kategorií – sám rodinám s genetickými poruchami doporučoval dobrovolnou reprodukci pomocí umělého oplodnění.
Zemřel v roce 1967 na srdeční selhání.
Seymour Benzer (1921–2007)
Seymour Benzer se narodil v roce 1921 a vyrostl v brooklynské části Bensonhurts v New Yorku. Jeho rodiče byli emigranti z polské Varšavy a pracovali v oděvním průmyslu. Ačkoliv se nikdo v jeho rodině nezajímal o vědu, on ve své sklepní laboratoři pitval mouchy a v synagoze si četl knihy o atomové fyzice.
V patnácti letech ukončil střední školu a díky stipendiu „Regents“ začal studovat fyziku a chemii na Brooklyn College. Po jejím absolvování pokračoval ve studiu fyziky na Purdue University, kde pracoval na tajném vojenském radarovém projektu.
Později na škole četl knihu Erwina Schrödingera s názvem „What is Life?“ („Co je život?“), stejnou knihu, která přiměla Jamese Watsona skončit s ornitologií a začít pátrat po struktuře DNA. Tato kniha měla na Benzera podobný účinek, kde tajemná povaha genů byla hádankou hodnou k rozřešení. Spolu s Günterem Stentem v roce 1948 absolvovali letní kurz o bakteriofázích v Cold Spring Harbor Laboratory. Potom, co se naučil nejdůležitější dovednost – držet zkumavku v jedné ruce a víčko s pipetou ve druhé – se Benzer stal na biologii doslova závislým.
Na Purdue University se vrátil už jako profesor fyziky, ale většinu času strávil cestováním do jiných laboratoří, kde se věnoval molekulární biologii. Potom, co Watson a Crick v roce 1953 zveřejnili svůj model DNA, vymyslel Benzer pokus, jak se dostat dovnitř genu díky využití bakteriofága s mutovanými rII geny. Max Delbrück se jeho nápadu vysmál a řekl mu „musel jsi být opilý, když jsi tohle psal.“ Benzerově pětileté dceři Martě se ale nápad líbil a dokonce načtrla svou představu dvou fágů, jak infikují bakterii. V roce 1971 získal cenu Alberta Laskera za „vynikající přínos molekulární genetice“.
Po deseti letech výzkumu rII systému a inspirován pozorováním svých dvou dcer, začal Benzer studovat vliv genů na chování. Jako profesor biologie na Caltechu našel on a jeho student Ronald Konopka první takový gen, který kontroluje v organizmu vnímání času. V roce 1993 získal za tuto průkopnickou práci Crafoordovu cenu. Dále získal cenu za lékařství a biomedicínský výzkum z lékařského centra v Albany (2006), která je nazývána „Americká Nobelova cena“. Tuto cenu dostal za prokázání toho, že u drozofily může mutace jediného genu významně ovlivnit chování.
Benzer se také s podporou Ellison Medical Foundation Senior Scholars zabýval hledáním genů, které u octomilky způsobují stárnutí. Pokud zrovna netrávil noci v laboratoři (říkal o sobě, že je časový mutant), mohli jste ho najít při roztodivných činnostech, jako byla příprava jídla z vemene krávy nebo býčích varlat s pomocí Bunsenova kahanu, potkat jste ho mohli také přitom, jak se dívá do okolních místností klíčovými dírkami, nebo jak si hraje se svou plastovou klíčenkou ve tvaru oční bulvy.
Zemřel náhle v listopadu 2007 ve svých 86 letech na mrtvici.
Věděli jste, že?
Všechny jablka druhu „Golden delicious“ pochází z jediné mutantní větve jabloně druhu „Red delicious“.
Hmmm…
90 % známých rakovinotvorných chemikálií jsou také mutageny. Jak si myslíte, že tyto látky způsobují rakovinu?
Odkazy a literatura
Webové stránky laboratoře doktora Seymoura BenzeraDomácí stránka laboratoře Dr. Seymoura Benzera Paprsky X
Interaktivní průvodce moderní fyzikou, web Univerzity v Coloradu, přináší fyziku do života. Naučte se o paprscích X v Einsteinově odkazu. Proč je tolik chyb v naší DNA?
Pěkný souhrn o tom, jak a proč mutace v DNA vznikají. Zdrojem jsou weby: Howard Hughes Medical Institute a Blazing a Genetic Trail.
- Carlson, Elof Axel, 1981, Genes, Radiation and Society: the Life and Work of H.J. Muller, Cornell University Press, New York.
- 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.
- Muller, H., 1927, Artificial Transmutation of the Gene, Science, 66: 84-87.
- 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.
- Griffiths, Anthony J.F., et al., 1996, An Introduction to Genetic Analysis, W.H. Freeman and Company, New York.
- Judson, Horace Freeland, 1979, The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology, Simon and Schuster, New York.
- Weiner, Jonathan, 1999, Time, Love, Memory: A Great Biologist and His Quest for the Origins of Behavior, Alfred A. Knopf, New York.
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
