Licenci Mendelovu muzeu a Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity poskytlo Cold Spring Harbor Laboratory
Geny se mohou přenášet mezi druhy
Vzhledem k univerzálnosti genetického kódu mohou polymerázy jednoho organismu přesně přepsat gen z organismu jiného. Například různé druhy bakterií získávají geny rezistence výměnou malých chromozomů nazývaných plazmidy. Začátkem 70. let 20. století použili výzkumníci v Kalifornii tento typ výměny genů pro přesun „rekombinantní“ molekuly DNA mezi dvěma odlišnými druhy. Na počátku 80. let 20. století vědci tuto techniku upravili a do bakterie E. coli vložili lidský gen pro produkci lidského inzulinu a růstového hormonu.
Technologie využívající rekombinantní DNA – genové inženýrství – umožnila získat přehled o tom, jak geny pracují. V případech, kdy je nepraktické zkoušet funkci genů pomocí zvířecích modelů, mohou být geny nejprve exprimovány v bakteriích nebo buněčných kulturách. Pomocí rekombinantních systémů mohou být také testovány fenotypy mutací a účinnost léků nebo jiných látek.
Galerie
Věděli jste, že?
Stan Cohen navrhl nomenklaturu pro pojmenovávání plazmidů: „p“ jako plazmid, začáteční písmena naznačující, odkud byl plazmid získán, a pak unikátní číslo.
Hmm…
Lidé mají velké množství bakterií, které žijí v trávicím traktu. Proč není bakteriální DNA transformována do našich buněk?
Video
Videa v této kapitole jsou v původním anglickém znění.
 |
Douglas HanahanDoug Hanahan je ředitelem švýcarského Institutu pro experimentální výzkum rakoviny (Swiss Institute for Experimental Cancer Research). Vylepšil techniku transformace a vytvořil stávající teorie o mechanismu příjmu DNA. |
Stan Cohen a Herb Boyer „vynalezli“ technologii rekombinantní DNA. Doug Hanahan vylepšil metodu transformace pro přijetí DNA do bakterie.
Stanley Norman Cohen (1935-)
Stan Cohen se narodil ve městě Perth Amboy ve státě New Jersey, USA. Jako dítě měl velký zájem o vědu, především se zajímal o to, jak věci fungují. Sestavoval a montoval telefony, rádia a myslel si, že by mohl být fyzikem.
Nakonec si to však rozmyslel a rozhodl se raději být lékařem. Po absolvování vysoké školy Rutgers College v roce 1956 odešel na Lékařskou fakultu Univerzity v Pensylvánii. Lékařský titul získal v roce 1960.
Během své rezidentury se Cohen začal více a více zajímat o základní výzkum. Během působení v Národním ústavu zdraví (National Institutes of Health) se rozhodl spojit základní výzkum s klinickou medicínou. Bylo to tehdy něco ve smyslu dnešních formálních programů MUDr./Ph.D. V roce 1968 přijal místo na Lékařské fakultě Stanfordské univerzity a začal experimentovat s plazmidy.
Plazmidy mají klinický význam, protože nesou geny rezistence k léčivům. Leslie Shiu, postgraduální studentka Cohenovy laboratoře, zjistila, že přidání chloridu vápenatého zvyšuje šanci začlenění plazmidové DNA do bakterie. Transformované bakterie pak mohou plazmidovou DNA udržovat a dále šířit. Cohen v tom viděl možnost: vypadalo to jako přirozený duplikátor/kopírka pro DNA. Pokud může být DNA nejprve vložena do plazmidu a potom transformována do bakterie, pak může být tímto postupem produkováno velké množství DNA.
Cohen pracoval na způsobech rozbití plazmidů a izolaci použitelných fragmentů pro klonování. V roce 1972 během setkání na Havaji seděl Cohen na přednášce Herberta Boyera, který hovořil o tom, jak restrikční enzym EcoRI vytváří lepivé konce. Později té noci se skupina zahrnující Boyera a Cohena setkala v lahůdkářství. Boyer a Cohen diskutovali různé způsoby, jak by mohli spolupracovat. Technologie rekombinantní DNA se zrodila na ubrousku v tomto lahůdkářství. Cohen a Boyer svou techniku nakonec patentovali – byl to jeden z prvních biotechnologických patentů.
Cohen se stal profesorem genetiky na Stanfordské univerzitě. Je členem Národní akademie věd a v roce 1980 vyhrál cenu Alberta Laskera za základní lékařský výzkum (Albert Lasker Basic Medical Research Award). V roce 1988 mu byla udělena cena „National Medal of Science“. Má rád lyžování, turistiku, hru na pětistrunné banjo a plachtění na své lodi Genesis.
Herbert W. Boyer (1936-)
Herb Boyer se narodil ve městě Derry ve státě Pensylvánie. Byl hráčem ve fotbalovém týmu a chtěl být doktorem. Po střední škole šel na vysokou školu Sv. Vincenta a začal s přípravným kurzem na medicínu.
Netrvalo dlouho a Boyer si uvědomil, že být lékařem není to, co chce dělat. V době, kdy v roce 1958 končil vysokou školu s titulem bakalář v biologii a chemii, se Boyer rozhodl pro profesní dráhu ve výzkumu. Diplomovou práci vypracoval na Pensylvánské univerzitě a postgraduální práci na Yale.
V roce 1966 přijal práci odborného asistenta na Kalifornské univerzitě v San Franciscu. Začal se zajímat o bakterie E. coli, konkrétně o restrikční enzymy, které z ní mohou být izolovány. Na počátku 70. let během konference na Havaji se setkal se Stanem Cohenem, který pracoval na plazmidech – kruhovitých extrachromozomálních DNA. Začali spolupracovat, což nakonec vedlo k vytvoření první rekombinantní DNA.
V roce 1975 se setkal s Robertem Swansonem, který pracoval pro společnost rizikového kapitálu. Swanson věřil v rychle se rozvíjející biotechnologický průmysl a v roce 1976 se zrodila společnost Genentech, Inc. V Genentechu se nejdříve klonovalo a později zde byla vytvořena metoda pro syntézu lidského inzulinu pomocí technologie rekombinantní DNA. Genentech je i nadále jednou z největších biotechnologických společností na světě.
Kromě založení společnosti a vytvoření biotechnologického průmyslu nechali Boyer spolu s Cohenem techniku rekombinantní DNA patentovat. Jedná se o jeden z prvních udělených biopatentů a stále přináší hodně příjmů Stanfordské univerzitě, která je vlastníkem tohoto patentu.
Boyer je v současné době emeritním profesorem Kalifornské univerzity v San Franciscu a v letech 1976 až 1983 byl výzkumným pracovníkem lékařského institutu Howarda Hughese (Howard Hughes Medical Institute). Společně s Cohenem získali za svůj objev řadu ocenění: mimo jiné v roce 1996 cenu Lemelson-MIT za vynález a inovaci, v roce 1993 cenu Swiss Helmul Horten Research a v roce 1980 cenu Alberta Laskera za základní lékařský výzkum (Albert Lasker Basic Medical Research Award). Boyer je členem Kalifornské síně slávy vynálezců (California Inventors Hall of Fame), Americké akademie umění a věd (American Academy of Arts and Sciences) a Národní akademie věd (National Academy of Sciences). Je vášnivým rybářem a má rád přírodu. Je také pilotem a milovníkem klasických aut.
Douglas Hanahan (1951-)
Doug Hanahan se narodil v Seattlu ve státě Washington. Jeho otec byl biochemik a tak byl Hanahan vlivu vědy vystaven velmi brzy. Neměl sice o vědu žádný zvláštní zájem, ale přesto šel na Massachusettský technologický institut (MIT) a promoval zde s titulem v oboru fyzika v roce 1976.
Až na MIT se u něj poprvé vyvinul zájem o biologii. Chodil na přednášky vedené Salvatorem Luriou, který nasměroval jeho pozornost na genom. Do té doby si Hanahan myslel, že biologie je nudná a vyžaduje jen umět zpaměti jména zvířat. Vstupem na postgraduální studia na oddělení biochemie a molekulární biologie na Harvardu se připojil k biologické revoluci.
Ačkoliv byl studentem Harvardu, od roku 1979 do roku 1984 trávil čas v Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL). Cohenova a Boyerova technologie rekombinantní DNA zahájila sérii diskuzí o její bezpečnosti a byly vytvořeny přísné pokyny pro práci s bakteriálními kmeny a rekombinantní DNA. CSHL byla jedním ze zařízení na východním pobřeží, která měla potřebné vybavení nastavené pro práci s rekombinantní DNA.
Hanahan dokázal experimentálně vylepšit metodu přenosu DNA do bakterií. Toto a jeho teorie o mechanismu příjmu DNA představují většinu jeho absolventské práce.
Na CSHL zůstal jako vědecký pracovník do roku 1988. Využil atmosféry malé až intimní komunity vědců v CSHL, aby dále zkoumal a rozvíjel svůj zájem o jiné oblasti biologie. Zvláště se zajímal o onkogeny a jejich funkci. Ty jsou také v současné době jeho hlavním výzkumným zájmem.
Od roku 1988 do roku 2010 byl Hanahan profesorem na Katedře biochemie a biofyziky a Institutu hormonálního výzkumu na Kalifornské univerzitě v San Franciscu. Nyní je ředitelem švýcarského Institutu pro experimentální výzkum rakoviny (Swiss Intitute for Experimental Cancer Research). Jeho současný výzkum se zabývá úlohou angiogeneze a mikroprostředí ve vývoji a rozvoji nádoru a také vyhlídkami v uplatňování znalostí o nádorových mechanismech k většímu rozvoji „cílených“ terapií.
Jeho referát „Hallmarks of Cancer“ z roku 2000, který napsal společně s Robertem Weinbergem, se stal nejcitovanějším článkem v prestižním časopisu Cell s více než 10 000 citací.
Hanahan má rád tenis a plachtění; s oběma aktivitami začal na CSHL. Také ho baví pěstování orchidejí.
Věděli jste, že?
Vědci si uvědomili, že technologie rekombinantní DNA jsou zneužitelné, a proto v roce 1974 svolali setkání v Asilomaru, aby projednali možné dopady. Některé ze současných pokynů pro výzkum s rekombinantní DNA pochází právě z tohoto setkání.
Hmmm…
Jak může být technologie rekombinantní DNA zneužita?
Odkazy a literatura
Od konzervovaného hovězího masa ke klonováníOsobní pohled Dr. Stanleyho Cohena a Dr. Herberta Boyera na jejich experimenty s rekombinantní DNA. Jedná se o část webových stránek „Access Excellence“. Biotechnology at 25: The Founders
Biotechnologická výstava roku 1998 v knihovně Berkley na Kalifornské univerzitě. Stránka obsahuje fotografie dokumentující Cohenovy a Boyerovy experimenty.
- Cohen, S.N., Chang, A.C.Y., Boyer, H.W., and Helling, R.B., 1973, Construction of Biologically Functional Bacterial Plasmids In Vitro, Proc. Nat. Acad. Sci., 70: 3240-3244.
- Micklos, David A., and Freyer, Greg A., 1990, DNA Science: A First Course in Recombinant DNA Technology, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.
- Watson, James D., Gilman, Michael, Witkowski, Jan, Zoller, Mark, 1982, Recombinant DNA, 2nd edition, , W. H. Freeman and Company, New York.
- Watson, James D., 1987, Molecular Biology of the Gene, The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc., Menlo Park, California.
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
