genetika

"Po většinu času byly naše geny záhadou. Pouze v poslední době byl genetický kód rozluštěn, mnoho genů lokalizováno a mnohým genům porozuměno. Naneštěstí křečci syrští nepatřili k vybraným druhům, které byly detailně prozkoumány. Protože jejich geny nemohou být takto přesně lokalizovány, musíme pouze odvozovat to, co je nám skryto z toho, co vidíme, když se díváme na zvíře. Dokonce i přes pečlivé pozorování se dá vydedukovat jen část genetických informací."

Není až zase tak těžké porozumět genetice, je však nutné si uvědomit, že vše souvisí se vším. Začnu tedy od úplného začátku a pokusím se vše trošku zjednodušit. Pro chovatele je znalost základů genetiky nezbytně nutná pro rozhodování při křížení, aby se předešlo určitým chybám a omylům.

Tedy křeček syrský se skládá z různých částí - orgánů, kostí atd., které jsou všechny složeny z buněk. Buňka je základní stavební jednotka organismů. Skládá se z jádra, jadérka, jaderné membrány, endoplazmatického retikula, mitochondrií, cytoplazmy a cytoplazmatické membrány (samozřejmě mimo jiné). Půjdeme - li ještě více do hloubky, dostaneme se až na makromolekulární úroveň (bílkoviny, nukleové kyseliny), a dále k jednotlivým atomům chemických prvků, protonům, elektronům a neutronům, až třeba na úroveň nejmenších zjištěných částí atomů - kvarkům a partonům. Nás bude ovšem nejvíce zajímat jádro buňky, chromozómy v něm uložené a DNA.

Genetika je nauka o dědičnosti a proměnlivosti živých soustav. Je vědou poměrně mladou, za zakladatele je považován Gregor Johann Mendel, který se narodil a žil na území dnešní České republiky (ve Slezsku a na Moravě), ovšem sám se považoval za Němce, a jeho rodnou řečí byla němčina. Zabýval se hybridizačními pokusy u rostlin a roku 1866 vydal o svých pozorováních práci nazvanou Versuche über Pflanzenhybriden (Pokusy s rostlinnými kříženci), ve které jsou popsány v budoucnu nazvané Mendelovy zákony. Ve své době však neměla jeho práce vůbec žádný ohlas a byla dokonce zapomenuta. Ke znovuobjevení Mendelovy práce a ke vzniku genetiky jako plnohodnotného vědního oboru tak dochází až na počátku 20. století. Klíčovým okamžikem byl samozřejmě objev DNA - nositelky genetické informace, která byla poprvé prokázána již v roce 1944 týmem Američana Oswalda T. Aweryho, další poznatky ohledně komplementarity bází přinesl Erwin Chargaff a na jejich práci navazují James D. Watson a Francis H. Crick, kteří roku 1953 předložili strukturní model dvoušroubovice DNA. V roce 1956 je stanoven počet chromozómů v lidské buňce, v roce 1963 byl rozluštěn genetický kód (způsob, jakým je informace zakódovaná v DNA čtena a překládána do jazyka bílkovin). Objev moderních sekvenovacích principů umožnil sekvenování genomů jednoduchých organismů (1965 - genom kvasinky), s rozvíjejícím se technickým pokrokem bylo možné sekvenovat stále větší genomy, což vyvrcholilo sekvenováním lidského genomu vybraných částí roku 2001 a kompletní sekvence lidského genomu spatřila světlo světa až v dubnu roku 2003. Nových objevů se v oblasti genetiky budeme tedy dočkávat každým dnem...

V nitru buňky se nachází jádro a v něm chromozómy. Chromozómy jsou pentlicovité útvary, jejichž základní stavební jednotkou jsou tzv. nukleosomy - což je útvar tvořený 8 histony obtočený DNA. Histony jsou malé bazické bílkoviny, které mají vysoký obsah kladně nabitých aminokyselin (lysin a arginin). Pomocí tohoto kladného náboje vytvářejí reverzibilní komplexy s DNA. Rozlišuje se pět typů histonů: H1, H2A, H2B, H3 a H4. Histony H2A, H2B, H3 a H4 tvoří vždy ve dvou kopiích oktamery - jádro nukleosomu, kolem něhož se obtáčí dvojšroubovicová DNA. Histon H1 je přítomen v menším množství než ostatní histony, a ačkoli je též vázán na DNA, není součástí nukleosomů. Spiralizací nukleosomů vznikají chromatinová vlákna a další spiralizací těchto vláken vznikají již celé chromozómy.

Molekula DNA je nositelkou dědičné informace, je velmi dlouhá, pokud by se natáhla a změřila, dosáhla by délky až dvou metrů.

Tato dlouhá molekula je tvořena dvojicí vláken stočených do pověstné dvojité šroubovice. Ta vypadá jako zkroucený provazový žebřík, přičemž roli "provazů" plní řetězec z molekul cukru a kyseliny fosforečné a pomyslné "příčky" žebříku tu zastupují dvojice dusíkatých sloučenin tzv. bazí. Jedná se o čtyři typy bazí: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a thymin (T), které se spojují vodíkovými můstky a to vždy jen adenin s thyminem (dvěma vodíkovými můstky) a cytosin s guaninem (třemi vodíkovými můstky). Různé molekuly DNA se liší sledem těchto dvojic bází a právě tento kvartet A,C,G,T plní roli "písmen" genetického kódu, přičemž důležité je jejich přesné pořadí. Navíc klíčové jsou relativně krátké úseky čítající obvykle jen několik tisíc písmen genetického kódu. Těch se např. v celé lidské dědičné informaci nachází asi 35 tisíc a zabírají tu jen asi jen 1%. Pro tyto úseky DNA obvykle užíváme označení geny. Zbylých téměř 99% dědičné informace se zdá být jen jakousi genetickou "vycpávkou", ale to je zřejmě jen zdání, které klame. Možná, že nás ty nejpřekvapivější objevy čekají právě v této "zbytečné DNA", která může sehrávat klíčovou roli při řízení jednotlivých genů. Lidská a zvířecí (např. křeččí) dědičná informace se velikostí ani počtem genů vzájemně téměř neliší.

DNA je zkratka pro kyselinu deoxyribonukleovou, což je makromolekula tvořená řetězci vzájemně spojených deoxyribonukleotidů. Skládá se z fosfátu, 5-ti uhlíkatého cukru deoxyribózy a dusíkaté báze (adenin, guanin, cytosin či thymin). Její nejdůležitější schopností je schopnost replikace. Při replikaci vznikají z původní molekuly DNA dvě strukturně naprosto stejné dceřiné molekuly. Tímto způsobem je zajištěna kontinuita genetických informací v následujících generacích. Klíčovou roli při replikaci DNA mají enzymy (DNA polymerázy). U člověka se vyskytuje 5 druhů enzymů označované jako DNA dependentní DNA polymerázy. Při své práci vždy postupují od konce 5' ke konci 3'. Aby DNA polymeráza mohla zahájit připojování nukleotidů nového vlákna DNA, musí být vodíkové můstky - vazby mezi oběma vlákny - nejprve narušeny (využití DNA dependentní RNA polymerázy). Místa, kde tato narušení vzniknou, jsou označována jako replikační počátky. Vzhledem k tomu, že polymerázová aktivita je pouze ve směru od 5' konce ke 3' konci, může tímto směrem probíhat replikace pouze na jednom vlákně. Na tomto vláknu probíhá replikace kontinuálně a označujeme je jako vedoucí řetězec. Na druhém řetězci je situace složitější. Replikace zde probíhá proti směru rozplétání dvoušroubovice a to diskontinuálně po menších úsecích. Tyto části se nazývají Okazakiho fragmenty a celý řetěz nazýváme opožďující se řetězec. Takto vzniklé fragmenty napojí k sobě do jednolitého vlákna enzym DNA ligáza. Posledním enzymem, který je nezbytný pro replikaci, je DNA primáza. DNA polymeráza totiž neumí zahájit polymeraci od jediného nukleotidu - proto zde nastupuje právě DNA primáza (což je vlastně DNA dependentní RNA polymeráza), která nasyntetizuje krátký úsek RNA - tzv. primer - od kterého už může DNA polymeráza zahájit polymeraci. Takovýto primer vznikne nejen na vedoucím řetězci, ale musí vzniknout i před každým Okazakiho fragmentem na opožďujícím se řetězci. Primery jsou posléze vyštěpeny - chybějící úseky dosyntetizovány a vlákno je spojeno DNA ligázou. DNA polymeráza udělá 1 chybu asi na 10⁷ zreplikovaných bází.

Mutace jsou změny v genotypu organismu oproti normálu. Většina mutací je náhodná, cílené mutageneze se používají výhradně pro vědecké účely. V přírodě se udrží pouze výhodné či neutrální mutace, protože nevýhodná mutace má za následek většinou smrt mutanta či nevýhodné podmínky pro přežití. Příkladem by mohla být barevná mutace křečka syrského stříbrná šedá, v takto barevné srsti by zvíře brzy neuniklo pozornosti predátora, tudíž by nemělo šanci dále předávat své zmutované geny. Do pouští a polopouští Sýrie, odkud křeček syrský pochází, je nejvýhodnější zbarvení zlaté, které nejlépe splyne s okolím. Mutace rozlišujeme podle místa a způsobu vzniku na genové (probíhají na úrovni vlákna DNA - přidáním, ztrátou či náhradou bazí), chromozómové (změní se struktura či počet chromozómů - znásobením, ztrátou, převrácením části chromozómu, napojením části chromozómu na jiný chromozóm či rozpadem chromozómu na fragmenty), genomové (znásobí se celé chromozómové sady), dále mozaicismus (neoddělení chromozómů nastává až během mitózy ve vyvíjejícím se organismu - na somatické úrovni) a chimerismus (jedinec je tvořen dvěma liniemi buněk vzniklých ze dvou různých zygot, které následovně splynuly v jednoho jedince - např. srostlá dvojčata). Frekvence vzniku mutací je v čase přibližně konstantní a u příbuzných druhů velmi podobná.

Mutageny jsou látky, které jsou schopny vyvolat mutace. Dělí se na fyzikální (UV záření, RTG záření), chemické (aromatické uhlovodíky - tabákový kouř, barviva, organická rozpouštědla, hnojiva, herbicidy) a biologické (viry).

Gen je specificky uložená jednotka dědičné informace. Z molekulárního hlediska jde o úsek nukleové kyseliny se specifickým pořadím nukleotidů. Každý gen má své unikátní místo na určitém chromozómu. Toto místo označujeme genový lokus. O genech uložených na stejném chromozómu říkáme, že jsou spolu v genové vazbě. Podle síly genové vazby se dědí tyto geny buď vždy společně (silná vazba) nebo i odděleně (slabá vazba). Síla této vazby je nepřímo úměrná vzdálenosti mezi geny - čím je větší vzdálenost, tím je slabší vazba. Alela je konkrétní forma genu. V diploidní buňce existují pro jeden gen vždy 2 alely. Alelu, která se vyskytuje běžně v populaci v přírodě, nazýváme alelou divokou, neběžnou alelu alelou mutovanou. Jsou-li obě alely stejné, jedinec je nazýván homozygotní, jsou-li různé heterozygotní. Lokus však může mít i více alel - příkladem je lokus C.

Mezialelické vztahy stejného genu jsou úplná dominance a recesivita, neúplná dominance a recesivita, kodominance a superdominance. Dominantní alela potlačuje projev recesivní alely a je zvykem ji označovat velkým písmenem. My chovatelé si vystačíme pouze s dominancí a recesivitou bez označování, zda je úplná či neúplná, a kodominancí. Jen pro vaši představu se úplná dominance projeví v plné síle již u heterozygotů (páskovaný křeček syrský), neúplná až u homozygotů (stříbrný šedý křeček syrský, kdy heterozygot Sgsg je "méně" stříbrně šedý než homozygot SgSg). Pro naši definici tedy postačí, když řekneme, že dominantní mutace je mutace, kdy stačí pouze jedna mutovaná alela k projevu změny (páskovaný Ba_), recesivní mutace se projeví pouze je-li přítomna na obou alelách (černý aa). Kodominance je stav, kdy se obě přítomné alely u heterozygota projeví v celé míře a navzájem se neovlivňují (heterozygot extrémně zředěný c^dc^e). Existuje však ještě genová interakce, při které se gen projeví jen při současné přítomnosti jiného (druhého) genu, a polygenní dědičnost, při které se na výsledném efektu podílí mnoho genů slabého účinku (barva očí, výška).

Křeček syrský se rozmnožuje pohlavně, s použitím pohlavních buněk (spermie, vajíčko), které se nazývají gamety, přičemž samice je označována XX a samec XY. Pohlavní buňky nesou polovinu dědičné informace nového jedince, tedy jen 22 chromozómů. Při oplodnění dostává jedinec celou sadu 44 chromozómů, přičemž polovinu genetické informace má od otce a polovinu od matky. Gamety vznikají v rodičích redukčním dělením - meiosou - v praxi to znamená to, že rodič může potomkovi předat pouze některé své geny - z každého genového páru pouze jeden (jednu alelu). Zde bych ještě na okraj chtěla připomenout pravidla Mendelovské dědičnosti - 3 Mendelovy zákony: 1. Mendelův zákon (o uniformitě F1 - první generace potomků při křížení dvou homozygotů), 2. Mendelův zákon (o náhodné segregaci genů do gamet - při křížení 2 heterozygotů může být potomkovi předána každá ze dvou alel (dominantní i recesivní) se stejnou pravděpodobností) a 3. Mendelův zákon (o nezávislé kombinovatelnosti alel).

Tady bych ukončila můj dodatečný výklad toho, co jsem cítila jako potřebné doplnit k základům genetiky, a dále budu již jen doslovně překládat vynikající práci Jan, The River Road Hamstery.

Bohužel nemám vlastní ani zapůjčenou fotografii.

Karyotyp křečka syrského k vidění na:

http://hometown.aol.com/theriverrd/

"Téměř všechny fyzické vlastnosti jsou zakódovány v molekulách DNA (na chromozómech), které se nacházejí v jádrech většiny buněk těla. Chromozómy existují ve velmi podobných párech, nazývaných homologické. Znaky zakódované v chromozómu mají vždy svůj protějšek na sesterském chromozómu. Každá malá část DNA obsahuje gen, a každý genový pár kontroluje přesně vzhled zvířete. Daný pár genů (na sesterských chromozómech) může být úplně stejný nebo velice jemně odlišný. Například v genovém páru, který řídí barvu očí, jedna forma genu (která se nazývá alela) může kódovat pro modrou, zatímco druhá pro hnědou. Mohou tam být další přídavné formy genu pro barvu očí, ale jedinec může mít pouze dva z nich, které převládají - po jednom na každém homologickém páru. Přesné místo genu v sadě chromozómů se nazývá lokus a lokus je stejný pro všechny jednotlivce daného druhu."

"Každému genu, který byl identifikován, se přidělí písmeno. Pokud alela změní vzhled zvířete, když je přítomna pouze v jedné kopii, říká se, že je dominantní a používá se pro ni velké písmeno. Recesivní alela musí být přítomna ve dvou kopiích, aby se projevil její efekt, a označuje se malými písmeny.

Použijeme - li jako příklad barvu očí, alela pro hnědé oči je dominantní a označuje se B. Alela pro modré oči je recesivní a označuje se b. Protože jedinec musí mít dvě alely pro každou vlastnost, možnosti genotypů (sestavy genetických kódů) jsou BB, Bb a bb. Oba jedinci BB a Bb budou mít hnědé oči, protože hnědá je dominantní a tudíž nemá možnost se projevit b v jedinci Bb. Pouze jedinec s genotypem bb bude mít modré oči, protože nebude přítomna žádná dominantní alela, která by převládla. Fenotyp je viditelná vlastnost vyprodukovaná genotypem, anebo jinak, fenotyp je to, jak zvíře vypadá. Takže BB a Bb jedinci mají sice rozdílný genotyp, ale úplně stejný fenotyp. (Varovná poznámka, některé alely, přestože se označují velkými písmeny, jsou neúplně dominantní, takže jedinec se dvěma dominantními alelami bude mít odlišný vzhled od jedince s jednou dominantní a jednou recesivní alelou.)"

"Jestliže má jedinec obě alely daného páru ve stejné formě, jako BB nebo bb, nazývá se homozygotní pro tuto vlastnost. Pokud je forma odlišná, jako Bb, nazývá se heterozygot. Homo - je předpona, která znamená stejný; hetero - znamená různý."

"Jen jeden speciální pár chromozómů u vyšších živočichů nemá svůj přesný protějšek. Ve skutečnosti, nikdy nevypadají stejně v mikroskopu. Jeden vypadá jako X a druhý jako Y, jedno rameno je velmi zkrácené. Jejich tvary jim propůjčily jejich pojmenování, X a Y. (Všechny ostatní chromozómové páry, kterým se říká autozómy, jsou očíslované, ne pojmenované.) Živočich se dvěma X chromozómy je samice; jedinec s jedním X a jedním Y je samec. Z tohoto důvodu jsou X a Y nazývány pohlavní chromozómy. Je důležité poznamenat, že geny na pohlavních chromozómech nejsou nezbytně vázány vždy ve vztahu k pohlaví, nýbrž mohou určovat jakoukoliv vlastnost. Protože geny na pohlavních chromozómech jsou přenášeny spolu s pohlavím, říká se jim pohlavně vázané."

X-inaktivace u křečka syrského - černé plochy tvořené X chromozómem od jednoho z rodičů a černo žluté od druhého rodiče

"Na X chromozómu je mnoho genů, které jednoduše nemají protějšek na Y chromozómu. Tyto geny u samců tedy určují jeho fenotyp. U samic je však alela na obou X chromozómech jako u ostatních chromozómů, nicméně to zde funguje trošku odlišně než u autozómů. Brzy na počátku vývoje jedince je vybráno jedno X v každé buňce, které bude aktivní po celý život samice, druhé X je odstaveno a zataraseno. Toto se nazývá X-inaktivace, nebo někdy racionalizace či lyonizace. Každá z těchto prvotních buněk, když se dále dělí a vytváří tkáň, předává přirozený sklon k aktivaci stejného X. Nakonec je samice mozaiková, složená z některých ploch pod nadvládou jednoho X a zbylých pod nadvládou druhého X."