Toulavé geny: Desetina úseků v našem genetickém kódu pochází z virů

Ten, kdo získá novou dědičnou vlohu a zajistí si s její pomocí vyšší životaschopnost, ten je evolučně úspěšnější. Jeho populace rostou tam, kde se jiní jen zuby nehty drží. Přežije krize, které jiné smetou do propadliště vymírání. Jak se ale dá k takové zcela nové vloze přijít?

Bakteriální genové tržiště

Vědcům byla už dlouho známá genetická burza, na níž si bakterie vyměňují nejrůznější geny. Výsledky těchto směn se nedají přehlédnout a díky nim vznikají například kmeny bakterií odolné antibiotikům. Geny pro odolnost se často nacházejí v tzv. plazmidech. To jsou krátké úseky dědičné informace, jež se vyskytují volně uvnitř buněk bakterií, mimo mnohem větší porci vlastní dědičné informace. Za určitých podmínek umí bakterie do svého nitra vtáhnout plazmid, který se nachází mimo její buňku. Stačí, aby v sousedství uhynula bakterie s genem pro odolnost k antibiotiku a mezi troskami její buňky se plazmid „povaloval“. Živá bakterie ho může sebrat a osvojit si ho.

TIP: Kluci s klukama, holky s holkama aneb Zvířecí homosexualita jako evoluční cesta

Když se nově vybavená bakterie potká s antibiotikem, všichni ostatní příslušníci jejího druhu hynou. Ona přežívá a využije uvolněného životního prostoru. Pokud jsou tím životním prostorem například plíce a onou bakterií je původce tuberkulózy, nastává v léčbě choroby vážná komplikace. Antibiotikum nezabírá, protože bakterie s vypůjčeným genem dokáže lék rozložit nebo se jinak obrní proti jeho účinkům. Výzkumy mikrobiologů dokazují, že bakterie získávají nové vlastnosti podobnými výpůjčkami cizích genů mnohem častěji než zdokonalováním vlastní dědičné informace.

Nebezpeční i užiteční viroví pašeráci

Ještě větší přeborníci v pašování genů jsou viry. Mnohé z nich se dokážou množit jen tak, že vlastní dědičnou informaci zabudují mezi geny hostitelské buňky rostliny nebo živočicha. Ošálená oběť mylně považuje geny viru za svoje vlastní a vyrábí podle nich součástky pro vznik nových virů. Čas od času se stává, že virus zabuduje své geny i do pohlavní buňky. Pak se stanou geny viru nedílnou součástí dědičné informace hostitele. Rostlina nebo živočich už se nemusí virem nakazit. Dědí jej od rodičů jako jiné dědičné vlastnosti. Takové viry se pak mohou v každé další generaci vynořit jako přízrak z dědičné informace hostitele.

Většina virů zabudovaných do hostitelovy dědičné informace se časem změní na genetický šrot. Genetik při detailním pohledu ještě rozezná „trosky“ viru, ale ty už nejsou s to cokoli s organismem provést. Kupodivu, hostitel není jen obětí. Z genetického kontrabandu virů může vytěžit nejednu výhodu. Člověk si nese mezi třemi miliardami písmen genetického kódu až jednu desetinu úseků pocházejících z virů. To je několikanásobně více, než kolik potřebujeme na svoje vlastní geny. Některé geny virů vstoupily do našich služeb. Například gen pro bílkovinu syncytin využíval kdysi nějaký virus k tomu, aby splynul s buňkou hostitele a snáze pronikl do jejího nitra. Dneska vyrábějí tuto bílkovinu podle instrukcí virového genu naše vlastní buňky. V děloze těhotných žen navozuje syncytin vzájemné splývání buněk, jež je důležité pro správnou funkci placenty. Kdyby nám tento gen najednou někdo sebral, dostali bychom se jako druh do vážných evolučních komplikací a nejspíš bychom vyhynuli.

Půjčka za oplátku

Do dědičné informace živočichů a rostlin geny nevnášejí zdaleka jen viry. Zvládnou to i jiní mikrobi, například cizopasná bakterie Wolbachia pipientis. Tento neuvěřitelně úspěšný parazit žije zřejmě v každém druhém druhu hmyzu. Obývá nitro buněk hostitelů a do nového pokolení se dostává skryt v nitru vajíček kladených samičkami. Čas od času dojde k tomu, že se geny z uhynulé wolbachie vmáčknou do dědičné informace vajíčka. Mušky octomilky tak přišly hned k několika genům wolbachie. K čemu jsou octomilkám dobré, není zatím úplně jasné. Nezdá se, že by bakteriální geny svým novým majitelkám škodily. Ještě větší přesun se odehrál mezi wolbachiemi a broukem zrnokazem čínským (Callosobruchus chinensis). Brouk má do své dědičné informace vmáčknutý prakticky celý genom bakterie. Také jemu to nijak zvlášť nekomplikuje život.

Někdy si bakterie naopak odnese od svého hostitele nějaký ten „genetický suvenýr“. Zcela nedávno se ukázalo, že se tak stěhoval malý úsek lidské dědičné informace do bakterie Neisseria gonorrhoeae, jež je původcem pohlavně přenosného onemocnění kapavky. Lidský gen nese jen 9 % všech linií bakterie. Jestli jim tato informace dodává nějaké zvláštní vlastnosti, zatím to není zřejmé.

Rostlinní handlíři

Genové výměny mezi bakteriemi nebo mezi viry a jejich oběťmi jsou známé už dlouho. S tím, jak vědci začali číst kompletní dědičné informace rostlin a živočichů, narážejí ovšem stále častěji na genové výpůjčky, při kterých majitele mění geny rostlin nebo živočichů. Mezi rostlinami se zdá být přeborníkem v genových výpůjčkách celkem nenápadný novokaledonský keř Amborella trichopoda. Ten byl přistižen s dvacítkou cizích genů. Většina pochází z jiných vyšších rostlin, ale šest genů má původ v různých druzích mechů.Způsob, jakým si amborella pořídila cizí geny, zůstává záhadou.

Poněkud jasnější je historie jiného genového handlu. Středomořský jitrocel vraní nožka (Plantago coronopus) má hned několik genů pocházejících od kokotice Gronovovy (Cuscuta gronovii). Kokotice jsou parazitické rostliny. Mnohé z nich nemají ani vlastní zeleň listovou a nejsou schopné vyrábět si energii fotosyntézou. Jsou odkázané na loupež živin z organismu jiných rostlin. Když kokotice vyklíčí ze semene, začne kolem sebe rostlinka pátrat po plynných molekulách vylučovaných jinými rostlinami. Svou oběť tak vlastně vyčenichá. Natáhne se po ní a pak už se vine vzhůru. Přitom proniká do hostitelské rostliny zvláštními výběžky a těmi oběť vysává. Kokotice se často „odstřihne“ od vlastních kořenů, protože je už nepotřebuje. Intimní propojení kokotice s jitrocelem umožnilo přenos genů z parazita na oběť.

Generální opravy živočišných nezmarů

Výměny genů se nevyhnuly ani zástupcům živočišné říše. Například v dědičné informaci láčkovce nezmara obecného (Hydra vulgaris) objevili vědci geny pocházející z dědičné informace hmyzu. Stejně tak lze nalézt hmyzí geny i v některých mořských ploštěnkách. Z evolučního hlediska celkem nedávno putovaly geny mezi dvěma druhy komárů. Konkrétně od komára Anopheles sinensis ke komárovi Aedes aegypti. Tyto přenašeče různých druhů malárie dělí přinejmenším 145 milionů let samostatné evoluce, ale díky přenosu genů mezi nimi existuje celkem „čerstvé“ genetické pojítko.

Mistry v osvojování cizích genů jsou vířnící pijavenky (Bdelloidea). Ti žijí v kalužích, v mechu a na dalších místech, která mohou kdykoli vyschnout na troud. V takovém případě vyschnou i pijavenky a jejich dědičná informace je přitom rozlámána na kousky. Když se takto pochroumaná pijavenka dostane opět do vody, začne s generální opravou dědičné informace. Použije přitom jako záplaty i zlomky dědičné informace, jež se povalují v okolí. Ty pocházejí z odumřelých buněk cizích organismů, a tak není divu, že se v dědičné informaci pijavenek najdou úseky pocházející nejen z jiných pijavenek, ale také z bakterií, hub nebo rostlin. Mnohé z genů cizího původu nakonec fungují v organismu jejich nového majitele a zajišťují mu nové, výhodné vlastnosti.

Gen uprostřed skoku

Důkladnější pohled do dědičné informace savců, jako je myš, potkan, netopýr hnědavý (Myotis lucifugus), bodlín (Tenrec), komba (Galago), vačice (Didelphis), ale i do dědičné informace ještěrky anolise (Anolis biporcatus) nebo žáby drápatky vodní (Xenopus laevis) odhalil, že všichni tito tvorové sdílejí nedávno vyměněné úseky DNA.

K podobným výměnám dochází často prostřednictvím tzv. skákajících genů čili transposonů. Skákající geny jsou nedílnou součástí dědičné informace živočichů i rostlin. Nejsou v ní odkázány k pobytu na jednom místě a mohou se pohybovat v zásadě dvěma různými způsoby. Buď vytvoří skákající gen svou vlastní kopii a ta se pak vmáčkne na nové místo dědičné informace. Gen pak skáče jakoby „v zastoupení“. Jiné skákající geny umí samy sebe vystřihnout z DNA. Takto uvolněný gen pak může zakotvit někde jinde. Skoky se pak většinou odehrávají v rámci dědičné informace jedné buňky, v jediném organismu. Člověku například hojně poskakují geny ve vyvíjejícím se mozku.

Pokud se má skákající gen vydat na cestu do cizího organismu, využije k tomu zprostředkovatele. V řadě případů se této role zhostí viry. Viroví „genoví doručovatelé“ jsou s to nakazit různé druhy živočichů a přenášejí s sebou „zásilky genů. Jednoho takového virového genového pošťáka zastihli vědci na půl cesty. Doručovatelem je v tomto případě virus z příbuzenstva viru neštovic. Jako odesilatel vystupuje africká zmije perlová (Echis ocellatus). Virus nese ve své dědičné informaci skákající gen zmije a vědci ho našli v krvi západoafrických hlodavců pískomilů mokřadních (Tatera kempi), jimiž se zmije živí. Jak došlo k nákaze hada a pískomilů, není úplně jasné. Ve vzduchu však visí možnost, že skákající gen opustí virus a vmáčkne se do dědičné informace hlodavce. Tím by byl přenos genu mezi zmijí a pískomilem zdárně završen.

Genové kuriozity

Některé bakterie mají na pašování genů založenou celou životní strategii. To je případ půdní bakterie Agrobacterium tumefaciens vybavené zvláštním plazmidem. Ten funguje jako trojský kůň a bakterie ho využívá k ovládnutí hostitelské rostliny. Agrobacterium napadne rostlinu a do jejích buněk vyšle plazmid. Ten obsahuje několik genů. Některé geny spustí v buňkách rostliny produkci hormonů. Buňky se pod jejich vlivem o překot množí a vytvářejí masivní nádor. Jiné geny zajistí, že se v nádoru vyrábí molekuly zvané opiny. Ty pak bakterie využívá jako zdroj živin a energie. Má na ně monopol, protože je jedním z mála organismů, které umí opiny zpracovat. Pašováním genů si tak bakterie uzpůsobí hostitele na míru svým potřebám.

Skutečným výstředníkem v oboru genových výpůjček je portorický stromek Ternstroemia stahlii. Nejen že si půjčil cizí geny od brusnic (Vaccinium), ale naložil s nimi jako se stavebnicí. Některé jeho geny jsou skládačka. Tvoří je pětice krátkých úseků ponechaných z jeho vlastního genu a ty jsou proloženy pěticí úseků z genů, jež pochází z brusnice.