NHGRI Division of Intramural Research

Co je psí genom?

Psí tělo obsahuje biliony buněk. Většina těchto buněk obsahuje jádro. U psů se v každém jádře nachází 38 párů autozomů (nepohlavních chromozomů), celkem tedy 76 chromozomů plus dva pohlavní chromozomy (X a Y), celkem tedy 78 chromozomů. Při početí dostane pes od každého rodiče jednu kopii každého chromozomu. Chromozomy jsou tvořeny deoxyribonukleovou kyselinou (DNA), „molekulou života“.

DNA se skládá z malých chemických stavebních kamenů zvaných „nukleotidy“ nebo „báze“, které jsou čtyř typů: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a tymin (T). Tento čtyřpísmenný kód používají všechny živé organismy včetně člověka. Báze se párují v pevných jednotkách adenin-thymin (A-T) a guanin-cytosin (G-C). Psi mají v každé buňce přibližně tři miliardy párů bází. Geny jsou definovány jedinečnou sekvencí nukleotidů, která může mít jen sto bází nebo až milion. Sekvence každého genu se nazývá jeho „kód“. Kód jednoho genu může například vést k bílkovinám, které dodávají barvu vlasovému stvolu, kód jiného genu produkuje enzymy pro trávení potravy a třetí gen bude řídit tvorbu protilátek, které bojují proti nemocem. Pro daný gen je kód velmi přesný; jediná chyba v sekvenci DNA může mít katastrofální následky pro zdraví vašeho psa.

Každý ze 78 chromozomů obsahuje kódy pro stovky genů. Geny kódují potřebné stroje pro výrobu bílkovin, které následně tvoří fyzickou strukturu těla. Bílkoviny jsou potřebné pro všechny klíčové systémy v těle, jako je nervový systém nebo trávicí soustava. Každý gen má specifický kód, který se předává z rodičů na potomky. Termín „psí genom“ označuje celou sekvenci psího genomu včetně všech genů a mezer mezi nimi. Geny mohou určovat, jak se bude váš pes vyvíjet, od barvy srsti až po povahové rysy a v některých případech i nemoci, ke kterým bude váš pes náchylný.

Převzato z obrázku DNA NHGRI Intramural Publication
Support Office, obrázky psů
courtesy of © AKC/Mary Bloom

Převzato z NHGRI Intramural Publication
Support Office modrý obrázek DNA

Následující sekvence je příkladem sekvence nukleotidů: GGAAACCTGGTATA…. Na této stránce jsou také zobrazeny obrázky DNA zblízka. Sekvence psího genomu byla zveřejněna v roce 2005 (Lindblad-Toh et al. 2005).

Lokalizace genů pomocí „mapování genů“

Pro nalezení sekvencí nukleotidů zodpovědných za znaky, které jsou předmětem zájmu, musí vědci projít přibližně 3 miliardy párů bází, což je délka psího genomu. Ne všechna DNA obsahuje geny. Většina sekvencí DNA je označována jako nekódující DNA, která může hrát regulační roli, například zapínat nebo vypínat geny, určovat množství jednotlivých genů, které se mají produkovat, nebo směrovat kódovanou messengerovou RNA, kam se má v buňce dostat. Při hledání mutace, která řídí nebo je spojena s určitým znakem, vědci obvykle porovnávají DNA psů, kteří tento znak mají, s těmi, kteří ho nemají. To může být poměrně jednoduché při studiu genů, které řídí vzhled, mnohem obtížnější je to však při studiu psích nemocí nebo chování (Spady et al. 2008; Parker et al. 2006).

Pro většinu celogenomových srovnání používáme psí „SNP čip“, což je metoda pro čtení více než 100 tisíc míst v genomu najednou. Nejnovější psí SNP čip obsahuje více než 170 000 SNP (popsáno v práci Vaysse et al. 2011). SNP neboli jednonukleotidové polymorfismy představují jednotlivé báze v genomu, které jsou často mutovány. Většina z nich nemá nic společného s nemocí, ale slouží jako orientační značky („markery“) pro orientaci v psím genomu. Asociace se určuje výpočtem rozdílu četnosti jednotlivých markerů u psů s nemocí nebo znakem oproti psům, kteří danou nemocí nebo znakem netrpí. Jakmile je nalezena významná asociace mezi SNP a znakem, vědci zkoumají přilehlé geny a sekvence a snaží se najít variantu nebo kombinaci variant, která přispívá ke znaku, který je předmětem zájmu.

Sekvenování genomu

Vzhledem ke zdokonalení technologie, které snížilo cenu sekvenování, můžeme nyní k nalezení mutací, které nás zajímají, použít sekvenování celého genomu. Za posledních 30 let vědci dosáhli pozoruhodného pokroku v technologii sekvenování genů, takže je nyní možné určit sekvenci celého genomu organismu během několika dnů. Technologie sekvenování odhaluje další tajemství psích genů mnohem rychleji než kdykoli předtím.

Tato technika se dostává přímo k jádru genetického kódu; dešifruje přesné pořadí písmenných bází, které tvoří každý gen, a sekvence kolem genů a mezi nimi, které pomáhají při regulaci.

Courtesy of NHGRI Intramural Publication Support Office

Učení o mutacích

Jakmile vědci sekvenují gen, můžete si myslet, že jejich práce je hotová, ale tak jednoduché to není. Nyní musí zjistit, zda zjištěné změny v genetickém kódu skutečně mění způsob, jakým gen funguje. Ne všichni psi mají identické verze stejného genu. Ke genetické variabilitě dochází, když se v buňce při duplikaci nebo opravných mechanismech vyskytnou „chyby“, které způsobí trvalou změnu v sekvenci nukleotidů genu. Tyto mutace vedou ke vzniku variantních forem genu, tzv. alel, které mohou měnit funkci genu. Pokud tyto mutace existují v zárodečných buňkách, mohou být předány budoucím potomkům. Většina genů řídí u psa více než jednu funkci. Často to, jak je jeden gen exprimován neboli „zapnut“ pro tvorbu proteinů, může mít přímý vliv na fungování dalších genů. Je matoucí, že zatímco některé chyby v kódu mohou gen vyřadit z činnosti a jiné mohou zvýšit nebo přidat aktivitu genu, většina změn má jen malé nebo dokonce žádné následky. Často se jedná o složitou hádanku, kterou je třeba vyřešit. Vědci, stále si vědomi skutečnosti, že nežádoucí alely se spolu s dobrými alelami přenášejí z rodičů na potomky, často pracují roky na tom, aby pochopili skutečnou funkci proteinu s cílem zlepšit zdraví zkoumaných jedinců. S pomocí bioinformatiky, statistického přístupu k pochopení rozsáhlých souborů biologických dat, však máme přístup k mnoha nástrojům pro odhalení tajemství psího genomu. Pomocí nových a sofistikovaných přístupů mohou talentovaní bioinformatici porovnávat sekvence genomů velkého počtu jedinců a nacházet jednotlivé mutace. V projektu psího genomu často používáme po vzoru technik, které jsme se naučili v projektu lidského genomu.

Genetická onemocnění a psí genom

Výzkumníci identifikovali více než 360 genetických poruch, které se vyskytují u lidí i psů, přičemž přibližně 46 % z nich se vyskytuje pouze u jednoho nebo několika málo plemen. U většiny z nich nebylo nalezeno základní genetické postižení.

Rakovina je genetické onemocnění, ale ne všechny mutace, které vedou k rakovině, jsou dědičné. Během života může DNA v buňkách psího těla procházet spontánními genetickými změnami. V průběhu let se tyto genetické mutace mohou hromadit nebo se mohou vyskytovat v důležitých genech. Pokud se v jedné buňce nahromadí dostatečné množství mutací nebo získá odchylku v kritickém genu, může se buňka začít nekontrolovaně dělit a růst. Buňka pak přestane plnit svou určenou funkci, což může vést k rakovině. Byly identifikovány některé silné geny, které mohou tento proces zahájit samy, často pouhou mutací. Možná jste slyšeli o genech náchylnosti k rakovině prsu BRCA1 a BRCA2. Ty patří do druhé kategorie. V neposlední řadě se na vzniku rakoviny podílejí i faktory životního prostředí, jako je například vystavení slunečnímu záření a rakovina kůže u člověka.

Diagnóza rakoviny se obvykle objeví, když nekontrolovaný růst vytvoří masy buněk zvané nádory. Každá buňka obsahuje kopii zmutovaného genu totožnou s kopií z původní zmutované buňky. Nádorové buňky mohou migrovat do jiných orgánů a začít tam růst. Tomu se říká metastazování. Cílem léčby rakoviny je zničit všechny nádorové buňky v postiženém jedinci, protože jediná zbývající buňka může způsobit recidivu rakoviny. Radiační léčba se používá jako „lokální terapie“, zaměřená na usmrcení buněk v samotném místě nádoru. Podobným způsobem se k odstranění nádoru často používá chirurgický zákrok. Chemoterapie je „systémová léčba“, která zabíjí rychle rostoucí buňky, a to jak buňky v nádoru, tak snad i ty, které se dostaly do jiných orgánů.

Dosud se k léčbě většiny onemocnění přistupuje zpětně, jakmile je nemoc diagnostikována. U psů je to často v pokročilém stádiu, protože nejsou schopni někomu říct, že se necítí dobře. Pokrok v genetickém výzkumu by měl tento přístup rozšířit. Jedna z nejzajímavějších možností při studiu rakoviny totiž spočívá ve schopnosti využít genomiku k identifikaci mutací a diagnostice rakoviny dříve, než se stane závažným problémem. V konečném důsledku doufáme, že se nám podaří vytvořit genetické testy, které umožní identifikovat škodlivé mutace dříve, než pes onemocní. V neposlední řadě vědecká komunita doufá, že se jí podaří ve spolupráci s chovatelskou komunitou psů vyřadit z populací alely náchylné k nemocem.

Poslední změna: Úterý, 13-Únor-2018 13:07:00 EST

.