Bezchybná sekvencia?
Deň po tom, ako som napísal článok o DNA, 7.10.2015, bola udelená Nobelova cena za chémiu. Získali ju 3 vedci (Tomas Lindahl, Aziz Sancar a Paul Modrich), ktorí sa zaoberali mechanizmami „opravy“ DNA. Po prečítaní článku na BBC mi bolo jasné, že bežný človek-nebiológ môže len horko-ťažko doceniť význam objavov v tejto oblasti. Ako je možné, že v sekvencii (4 písmeniek) je nutná oprava? Prečo dochádza k chybám?
Na zodpovedanie týchto otázok je vyslovene nutný základ molekulovej biológie, minimálne poznatky o štruktúre DNA a priebehu replikácie (čiže jednoducho povedané „množenia“ DNA). Za normálnych okolností by som si hodinový výklad na túto tému neodpustil, ale budem sa snažiť vysvetliť to čo najjednoduchšie.
Je zrejmé, že úlohou DNA nie je len genetickú informáciu uchovávať a ochraňovať pred nežiadúcimi vplyvmi (čo nie je vždy také jednoduché, ako uvidíme o chvíľu), ale aj genetickú informáciu preniesť z materskej do dcérskej bunky počas delenia bunky. Z jednej materskej bunky vznikajú väčšinou dve dcérske bunky (výnimkou je delenie, ktorému sa hovorí meióza a vznikajú pri ňom štyri dcérske bunky, meiózou sa vytvárajú pohlavné bunky, o tom však inokedy). Z toho vyplýva, že DNA sa musí „zdvojiť“ – musí sa zreplikovať. Priebeh replikácie je taký, že dvojzávitnica DNA sa rozpletie a každé vlákno slúži ako matrica pre syntézu nového vlákna. Podľa princípu komplementarity (čo vyplýva z chemickej štruktúry) sa páruje adenín (A) s tymínom (T) a cytozín (C) s guanínom (G). Toto párovanie katalyzuje enzým DNA polymeráza. 1 bázu z 10 000 000 však priradí nesprávne (napríklad namiesto cytozínu priradí tymín). DNA-polymeráza je schopná svoju chybu rozpoznať, vyštiepiť nesprávne zaradenú bázu a priradiť správnu. Tomuto druhu opravy sa hovorí mismatch repair. Nepodarí sa jej to však vždy a 1 bázu z 1 000 000 000 zaradí nesprávne. Chcel by som vám pripomenúť, že veľkosť ľudského genómu je 3 000 000 000 bp (bázových párov), čiže pri každom zmnožení sú 3 bázy nesprávne zaradené. Nemusíte sa však strachovať, sú to zvyčajne neškodné mutácie (áno, ide o mutáciu, tak sa označuje zmena štruktúry DNA). Mutácie sú benzínom evolúcie a preto sú v malom množstve dokonca žiadúce.
Okrem tohto spôsobu opravy existuje ďalší spôsob, ktorému hovoríme excízna oprava. DNA je vystavená pôsobeniu žiarenia, voľným radikálom a pod., ktoré spôsobujú, že môže dôjsť k zmene v jej štruktúre (napr. k vzniku takzvaných zlomov alebo tymínových dimérov a podobne) mimo procesu replikácie. Chyba je vyštiepená a nanovo správne nasyntetizovaná alebo existujú iné zložitejšie mechanizmy, ktoré však presahujú jednak úroveň tohto článku a čiastočne aj moje vedomosti.
Vedci, ktorí získali Nobelovu cenu, podrobne popísali mechanizmy (priebeh) opráv DNA. Keď poznáme ich priebeh, otvára sa cesta ďalším výskumom. Dá sa zabezpečiť zvýšená frekvencia opráv DNA? Pomohli by nám tieto poznatky pri vynájdení „lieku“ na rakovinu, ktorá je jednou z dôsledkov hromadenia mutácii v štruktúre DNA? Odpovede očakávame od ďalších a ďalších vedcov.
Oliver Pitoňak, IV.E
