Zpět na domovskou stránku

Cesta do hlubin genetiky
aneb co člověku přináší poznání genomu skotu

Genom skotu byl přečten! Té zprávy jste si možná všimli, ale třeba jste ji přehlédli či přeslechli v záplavě každodenního informačního balastu. Možná vás napadne: No a k čemu je to asi tak dobré? Co pro lidstvo znamená, může znamenat či bude znamenat takové poznání najdete na následujících řádcích.

šlechtěním vznikla různá plemena skotu
Šlechtěním vznikla různá plemena skotu...

Vědce na celém světě zajímá, co se skrývá v genech člověka, zvířat i rostlin a co všechno mohou potomci od svých rodičů zdědit, a proto zkoumají genom. Genom je souhrnné genetické založení organismu – znamená to, že jde o veškeré genetické informace kódované řetězci nukleových kyselin uloženými v buněčném jádře (pomineme-li pro zjednodušení nukleové kyseliny obsažené například v buněčné plazmě, třeba v mitochondriích, které rovněž nesou informaci, ale ty nejsou předmětem například šlechtitelského procesu hospodářských zvířat). Od vymezení tohoto pojmu se pak lehce dostaneme k nevhodnosti používání pojmu genomová selekce pro současné metody šlechtění zvířat, jež by měl znamenat umělý výběr pro potřeby zušlechťování hospodářských zvířat, v našem případě skotu, na základě poznání jeho celkového genetického založení neboli genomu. Ale zatím tomu tak není. Ve skutečnosti jde doposud v takzvaném genomovém šlechtění pouze o to, že se rodičovské páry další generace vybírají pouze na základě analýzy polymorfismu některých nukleotidů genů, či tzv. markerů. I když jsou jich tisíce, přece jen nejde o celý genom se vším všudy.

Poznání genomu je složitější
holštýnská kráva
... holštýnky s mimořádně vyvinutou mléčnou žlázou...

Poznání genomu skotu byl složitý úkol, který stál nemálo prostředků, svedl dohromady mnoho lidí vyvinuvších obrovské úsilí k jeho splnění. Pracovalo na něm více než 300 vědců z 25 zemí světa, kterým se po letech usilovné práce povedlo dosáhnout vskutku velikého úspěchu – poprvé byl přečten kompletní genom skotu. Sekvenování (jak se u nás v odborných kruzích navyklo říkat čtení sekvencí nukleotidů) genomu skotu zabralo této skupině vědců šest let – tak dlouhou dobu trvalo velkému mezinárodnímu týmu, než bylo dokončeno popsání a analyzování celkem 22 tisíc genů. Díky tomuto grandióznímu výzkumu se povedlo přidat skot do „elitní“ skupiny savců, jejichž genom byl kompletně sekvenován a popsán. To dává vědcům nejen jedinečný pohled na biologické založení a evoluci skotu, ale mohl by vést i k revoluci ve šlechtění skotu. Vědci předpokládají, že znalost genomu povede k mnohem účinnějším metodám šlechtění skotu, například na odolnost vůči nemocem anebo vyšší kvalitu masa pro spotřebitele.

Například pro jednu studii výzkumníci použili genom krávy plemene hereford a srovnávací genové sekvence šesti dalších plemen, přičemž hledali rozdíly, které by se daly česky nazvat „různorodost jednotlivých nukleotidů“ (single nucleotide polymorphism – SNP).

DNA, polymorfismus jednotlivých nukleotidů
Takto lze znázornit různorodost jednotlivých nukleotidů

Tato práce pak otevřela bránu vedoucí ke všemožným oblastem specifických zájmů v chovu skotu. Poznání genomu skotu a následné využití těchto informací by mohlo pomoci v mnoha oblastech. S využitím poznání některých SNP by mohlo být dosaženo značného pokroku ve šlechtění, zvláště pokud jde o zdraví skotu, zejména jeho odolnost vůči nemocem, ale i ve zlepšení mléčné či masné produkce – ať už jde o kvantitativní stránku věci, tedy například o přírůstky, nebo o kvalitativní vlastnosti, jakou jsou křehkost masa nebo jeho mramorování (marbling), což jsou vlastnosti velmi důležité pro kulinářské úpravy hovězího masa.

Pomůže nám v potravinové krizi?

Výzvou pro budoucnost je možnost průzkumu genomu skotu do mnohem větší hloubky, abychom plně porozuměli genetickým základům evolučního úspěchu přežvýkavců, což by mohlo poskytnout příležitost využít některých výsledků k řešení naléhavých úkolů současnosti, jako je například zajištění výkonnosti a udržitelnosti produkce potravin pro rychle se rozrůstající lidstvo.

plemeno belgické modrobílé
...zatímco belgické modrobílé se pyšní zdvojeným osvalením.

Na obzoru se totiž objevuje krize v produkci potravin. Neustálý nárůst globální populace a změny stravovacích návyků v rozvojových zemích způsobují situaci, kdy dokonce ještě před zahrnutím vlivu očekávaných klimatických změn musíme najít nejen způsoby produkce většího množství potravin s našimi omezenými zdroji, ale také možnosti dostupného a udržitelného zásobování lidstva bílkovinami.

Musíme připustit, že hospodářská zvířata hrají klíčovou úlohu ve stravování velkého množství lidí. Projekt mapující genom skotu v konečném důsledku podporuje udržitelnou produkci výživného mléka i masa při nejvyšších možných standardech welfare chovaných zvířat. Tento rozsáhlý výzkum podpoří nejen úsilí chovatelů při produkci lepšího hovězího masa a mléčných výrobků, ale také povede k lepšímu pochopení lidského genomu.

Znalost genomu pomůže zlepšit nejen produkci
kráva plemene jersey
Jerseyské plemeno patří k těm "přečteným".

Vývoj moderní civilizace vyústil v chovu skotu k jeho přizpůsobení různým podmínkám Výsledkem výběru jedinců s určitými vlastnostmi a jejich cíleného rozmnožování byl vznik mnoha rozmanitých plemen skotu odlišujících se například mléčnou produkcí, kvalitou masa, odolností vůči nemocem a parazitům a mnoha dalšími vlastnostmi. Nová data získaná prostřednictvím genetických výzkumů ukazují, že skot prodělal v nedávné době rychlý pokles velikosti efektivní populace – z velmi velké populace předků – právě v důsledku domestikace, selekce a formování plemen. Tento, z historického hlediska nedávný, pokles genové rozmanitosti byl dost rychlý na to, aby tato ztráta byla varující zejména pro chovatele, protože se jedná především o ztrátu v rozmanitosti důležitých genů, které jsou zapojeny do fungování imunitního systému, laktace a metabolismu.

Tyto výsledky dosavadních výzkumů poskytují stabilní základnu, která je vynikajícím výchozím bodem pro budoucí studie porovnání genové rozmanitosti u různých plemen skotu a v různých populacích. Je velmi důležité, abychom zachovali potřebnou variabilitu prostřednictvím odpovídajících šlechtitelských programů, a to především kvůli zachování zdravé populace skotu. Jen taková populace totiž bude schopna vyrovnat se s klimatickými změnami a třeba i nově se objevujícími nemocemi.

holštýnské krávy
Která z těchto krav může mít výkonnější a zdravější potomstvo? Napoví nám jejich genom...

Porozumění podobnostem a odlišnostem imunitních genů zejména variability genových sekvencí, počtu kopií a počtu genů této skupiny, nám poskytne nové příležitosti k výběru skotu, který bude schopen lépe odolávat útoku infekčních činitelů, stejně jako tím získáme důležité vědecké informace o evoluci genů v závislosti na selekčním tlaku patogenů.

Hovězí genom hovoří i o nás samotných

Vědci tedy znají úplný genom skotu. Tento poznatek je významný tím, že jde o genom savce, který je zároveň hospodářským zvířetem. Dokonce už byly objeveny některé souvislosti mající význam pro lidské zdraví, protože díky své genetické podobnosti, může být skot vhodným modelem třeba pro lidskou reprodukční biologii, ale i některé infekční choroby.

krávy plemene české strakaté
... stejně tak může povědět více o kvalitách kombinované produkce těchto českých strak.

Snad nejvíc překvapující bylo zjištění, že hovězí genom je mnohem podobnější tomu lidskému než třeba myší nebo potkaní. Genom domestikovaného skotu (Bos taurus) obsahuje přibližně 22 tisíc genů a přitom zhruba 80 procent svých genů sdílí s člověkem, ale nejen to, také organizace lidských chromozómů je bližší jejich uspořádání u domestikovaného skotu, než tomu, jak vypadá u dalších zvířat. Dalším důležitým objevem je, že se více chromozómů skotu shoduje s částmi nebo celými lidskými chromozómy, i když je v nich DNA v některých úsecích přeskupena trochu jiným způsobem.

Sekvenování genomu domestikovaného skotu tak otevírá mimo jiné i okno k nahlédnutí do našeho vlastního genomu Porovnáním lidského genomu s genomem dalších druhů živočichů můžeme získat jasnější představu o tom, jak geny fungují v oblasti zdraví a nemocí.

stádo krav na pastvě
Pastva je zdraví skotu prospěšná, ale mohou se zde skrývat různá nebezpečí, například v podobě parazitů, a chovatelé proto jistě upřednostní odolnější zvířata.

Duplikace segmentů DNA v genomu domestikovaného skotu také vedla ke specializovaným úlohám genů zapojených do fungování imunitní reakce, jakou jsou třeba i ty, co vytváří antimikrobiální proteiny v mléce a některých vnitřních orgánech. Výzkumníci se domnívají, že tyto geny se vyvinuly postupem času v reakci na rozmanitost mikrobů, se kterými se domestikovaný skot v minulosti musel střetávat, a snad mají souvislost s odolností zvířat, která žijí ve velkých stádech, k šíření infekčních nemocí. Porozumění genetickým základům nemocí domestikovaného skotu by mohlo vést ke zdravější produkci masa a mléka, a to v důsledku snížení závislosti chovatelů například na používání antibiotik.

Výsledky tak mohou pomoci výzkumníkům při práci na zlepšení kvality a bezpečnosti hovězího masa a mléčných výrobků. Krom toho, genomická informace může být použita k vývoji lepších strategií pro léčbu a prevenci nemocí, které postihují skot. Zejména, když některé z těchto nemocí mohou být přeneseny na člověka, jako třeba BSE.

Tak jako u člověka a ostatních savců, obsahují i chromozómy skotu zmnožení některých úseků, což jsou velké a takřka identické části DNA přítomné minimálně na dvou místech v genomu. Tato zmnožení některých částí DNA jsou u lidí spojována s některými poruchami, včetně různých forem mentální zaostalosti a dalších neurologických a vrozených vad.

Uvidíme, co nám v jejich výzkumu napoví další zkoumání genomu skotu.


Autor: Ota Beran (z materiálů zahraničních univerzit), Foto: Anna Marcinková
© 2009

Datum zveřejnění: 20. 10. 2009


Zpět na domovskou stránku
TOPlist
od 9. 11. 2009