Škoda, že Mendelovy objevy neznal Darwin. Byli bychom dál, říká genetička

Někteří současníci v něm mohli spatřovat trochu podivínského mnicha. Na zahradě kláštera, ponořený v záhonech, roky zkoumal, jak se kříží rostliny hrachu. A když augustiniánský opat Gregor Johann Mendel v roce 1884 zemřel, nikdo netušil, že v Brně pochovávají asi největšího vědce v dějinách českých zemí.

Mendel stál svým vytrvalým bádáním u zrodu genetiky. Díky jeho poznatkům nyní vědci šlechtí zemědělské plodiny, nebo umí přesně stanovit předpoklady jedince k dědičným nemocem.

Podle mnohých hlasů ani teď - 200 let od narození - není v Česku doceněný. V Brně se před Mendelem v těchto dnech bez nadsázky sklání vědecký svět.

Jako jedna z hlavních připomínkových akcí tam pokračuje genetická konference s více než 400 vědci z celého světa. Všichni, včetně tří nositelů Nobelovy ceny, se shodují, že Mendelův výzkum znamenal průlom v moderní biologii. „Myslím, že taková koncentrace nejlepších světových vědců v Česku možná nikdy nebyla,“ říká pro Seznam Zprávy genetička a prorektorka Masarykovy univerzity Šárka Pospíšilová.

Britský profesor biologie Gavin de Beer o Mendelovi napsal: „Neznám žádný jiný příklad vědecké disciplíny, která byla plně zformována jedním jediným mozkem.“ V čem podle vás spočívá Mendelova výjimečnost?

Kromě ohromné pracovitosti a velkého zájmu o vědecké bádání byl jedinečný v tom, že se zabýval nejen biologií, ale studoval také matematiku, fyziku a další obory, dlouhá léta se zabýval meteorologií. Ve Vídni studoval u známého fyzika Dopplera a získal vzdělání také ve statistice a kombinatorice. Někdo dokonce říká, že byl prvním bioinformatikem.

Právě kombinace biologie a matematických metod vedla k tomu, že si uměl dobře naplánovat experimenty, které prováděl na rostlinách hrachu. Vybral si jenom sedm jeho znaků, které ale sledoval na obrovském počtu rostlin. Experimenty dělal téměř deset let a za tu dobu prostudoval 28 tisíc rostlin. Díky tomu získal rozsáhlý statistický soubor informací o dědičnosti jednotlivých znaků a mohl na něm definovat pravidla dědičnosti, která uzavřel ve formě tří Mendelových zákonů.

Zmínila jste sedm znaků. Co tedy na hrachu zkoumal?

Barvu a tvar semen a lusku, barvu květů nebo typ stonku. Hrách byl pro jeho pokusy ideální rostlinou, protože má poměrně krátkou generační dobu, a tak Mendel rychle viděl výsledky svého křížení na další generaci rostlin.

Samo o sobě zní úžasně, že jednu z nejrychleji se vyvíjejících disciplín objevil brněnský mnich tak, že v klášteře rok co rok pěstoval tisíce rostlin hrachu.

Mendela přivedl ke šlechtění rostlin jeho učitel, mentor a předchůdce v opatské funkci Cyril František Napp, který Mendela přijal v roce 1843 do starobrněnského kláštera.

Na tom, že se Mendel dostal k vědecké práci, má podíl i nešťastná shoda okolností. Původně chtěl být učitelem na gymnáziu, k tomu ale bylo třeba složit učitelské zkoušky. Bohužel je ale dokonce dvakrát nezvládl.

V situaci, kdy byl z tohoto neúspěchu velmi nešťastný a trpěl depresemi, mu znovu velmi pomohl právě opat Napp. Nabídl mu, že může v klášteře zůstat, věnovat se duchovní činnosti a provádět výzkum. Neúspěch u zkoušky tedy přispěl k tomu, že měl Mendel čas na vědu a stal se skvělým vědcem, který založil celý nový vědní obor - genetiku.

V jeho době pravidla dědičnosti nikdo neznal ani moc neřešil. Výzkum byl po jeho smrti na několik let zapomenutý. Spočívá jeho výjimečnost i v tom, jak dalece si dokázal představit budoucí přínos svého výzkumu?

V jeho době zemědělci křížili dobytek, ale prováděli to na základě svých empirických zkušeností. Neměli k dispozici žádnou teorii ani jasná pravidla. Ta vymyslel až Johann Gregor Mendel. Nicméně v roce 1865, kdy výzkum dokončil a publikoval, ho veřejnost nepochopila.

Poprvé výsledky prezentoval na přednáškách přírodovědného spolku, ale tam bohužel nebyli tak zkušení vědci, aby mohli docenit dosah jeho poznatků. Docenění práce nastalo až 35 let po jeho objevu - až v roce 1900 botanici z různých zemí pochopili a prezentovali jeho objevy a navázali na ně další prací.

Komunisté považovali genetiku za buržoazní pavědu. Mendelovi se u nás dlouho nedostávalo uznání, jaké zaslouží. A možná to částečně přetrvává dodnes. Přitom světoví vědci, včetně nobelistů v Brně označují Mendela za génia, minimálně srovnatelného s otcem evoluční teorie Charlesem Darwinem. Jak vychází v tomto srovnání vám?

Darwin byl Mendelův současník a bohužel Darwin neznal Mendelovu teorii genetiky. Byla to škoda, jinak by mohl ve své evoluční teorii zohlednit principy genetiky. A je nepochybné, že Mendel svým významem snese srovnání s největšími světovými vědci všech dob a věříme, že díky současným oslavám jeho výročí se o jeho významu více dozví i veřejnost.

Takže kdyby se Darwin s Mendelem znali, mohli lidstvo posunout v našem poznání ještě rychleji?

Je to tak. Mendel Darwinovu práci znal a podrobně studoval jeho knihu o evoluci druhů. Patřila dokonce k jeho nejoblíbenějším a stále je umístěna v Mendelově pozůstalosti v augustiniánském opatství. Nicméně Darwin byl tehdy vážený vědec a umělec, žijící v Londýně. Neznal brněnského mnicha, který ve volných chvílích experimentoval se šlechtěním hrachu. Byla to bohužel jeho škoda, ale s tím už nic neuděláme.

Genetika se od zkoumání hrachu za více než 150 let obrovsky posunula. Můžete říct, jak se teď nejvíc uplatňuje?

Na Mendelových objevech je významné to, že popsané principy dědičnosti neplatí jen pro rostliny, ale i pro všechny živočichy a člověka. Mendelovy zákony se proto uplatňují také v klinické genetice.

Přesně tak, jak popsal Mendel, se dědí řada nemocí. Jsou to takzvaná onemocnění s mendelovskou dědičností. Odpovídají za ně patologické změny (mutace) vždy v jednom konkrétním genu a bylo jich už popsáno téměř deset tisíc. Patří mezi ně například achondroplazie s dominantní dědičností, cystická fibróza nebo fenylketonurie s recesivní dědičností, a řada dalších onemocnění, například svalových, metabolických nebo neurologických.

Který dalšími směry se genetika ubírá?

Když zůstaneme u genetiky člověka, už jsem zmínila dědičná onemocnění, tedy taková, u kterých je mutace přítomná ve všech buňkách v těle daného jedince. Ale také nádorová onemocnění lze považovat za onemocnění genomu (soubor veškeré genetické informace konkrétního organismu - pozn. red). Nádorová mutace může vzniknout v jedné tělní buňce v kterékoli tkáni, a většinou se poškodí gen, který se podílí na regulaci buněčného cyklu. Tím buňka ztrácí kontrolu nad svým dělením - stane se z ní nádorová buňka. I toto je část genetiky, takzvaná nádorová genetika. Navíc některé nádory mohou být i dědičné a může se v nich kombinovat mutace zděděná s mutacemi získanými v průběhu života.

Kromě lékařské genetiky se samozřejmě genetika dále uplatňuje v zemědělství při šlechtění rostlin, nebo i živočichů, včetně záchrany ohrožených druhů. Genetika je obor, který má velmi široké uplatnění.

A abychom zmínili aktuální velmi časté uplatnění genetických metod - v nedávné době se všichni začali běžně setkávat s termíny jako PCR testování, nebo sekvenace v souvislosti s diagnostikou covid-19. A právě PCR - neboli polymerázová řetězová reakce je typická genetická metoda, kterou se množí určité úseky DNA. Sekvenování je čtení jednotlivých písmenek genetické abecedy. V tomto případě se tedy genetická diagnostika uplatňuje taky u mikroorganismů.

Jaké největší výzvy teď před genetiky stojí? Máte nějaký svůj „svatý grál“?

Je těžké zmínit jednu konkrétní výzvu, protože jich je celá řada. V zemědělství se hodně diskutuje o geneticky modifikovaných organismech, v lékařské genetice se v posledních letech objevila možnost sekvenovat celé lidské genomy.

První lidský genom byl osekvenovaný přibližně před dvaceti lety. Tehdy tato analýza trvala více než deset let a nebyl to genom jenom jednoho člověka, ale DNA byla izolována od mnoha dobrovolníků. Nyní během několika dní umí genetici osekvenovat celý lidský genom, tedy všech 20 tisíc lidských genů. A zjistit, které geny jsou mutované, a to jak u dědičných onemocnění, tak u nádorů.

Díky znalosti této technologie existují velké plány do budoucna a pravděpodobně ovlivní většinu lékařských oborů. Například běží rozsáhlý celoevropský projekt, iniciativa Milion evropských genomů, které jsou sekvenovány téměř ve všech evropských zemích. U nás v Česku dokončujeme projekt A-C-G-T zaměřený na analýzu tisíce českých genomů. V případně zájmu stále ještě hledání dobrovolníky ze středních a západních Čech, kteří by se zapojili.

K čemu to bude?

Výsledky těchto projektů mají definovat typické genové varianty (mutace) v jednotlivých populacích napříč celou Evropou, na základě těchto znalostí například nastavit systémy prevence nemocí nebo zdokonalit současnou molekulárně-genetickou diagnostiku.

Takže je třeba určitý národ náchylnější k nějaké dědičné nemoci?

V jednotlivých zemích nebo jejich částech existují populace, ve kterých mohou být vyšší frekvence určitých mutací, respektive genových variant. Díky tomu se může stát, že je skutečně některá populace náchylnější k určitým genetickým onemocněním. Rozdílné predispozice však nejsou jen na úrovni celých populacích, ale především na úrovni jedinců.

V budoucnu tedy lékaři podle genetických předpokladů jedinci „ušijí na míru“ četnost preventivních prohlídek?

Možná se časem dospěje k tomu, že bude výhodné udělat jedinci analýzu genomu v rámci preventivní lékařské péče. Dalo by se tak stanovit, k čemu má daný člověk predispozice a nastavit preventivní péči směrem k onemocněním, která mu hrozí. Příkladem jsou nádory prsu. Víme, že pokud má daný jedinec mutaci v konkrétním genu, pak má vysokou pravděpodobnost, že v průběhu svého života onemocní nádorem prsu či vaječníku.

Čtenáři si možná pamatují případ herečky Angeliny Jolie, která podstoupila operaci prsu a nechala si odebrat vaječníky. A to právě na základě informace, že zdědila rizikovou mutaci. Je pravděpodobné, že ji tyto operace zachránily před nádorovým onemocněním.

Díky znalosti zákonů genetiky se tak trochu umíte dívat do budoucnosti. Jak na to nahlížíte z hlediska etiky? Je například správné člověku říct, že za několik let nejspíš onemocní rakovinou?

Většina nádorů není dědičná z generace na generaci a vzniká v některé tělní buňce daného člověka. Ale zhruba u desetiny nádorů se na jejich vzniku podílí dědičné predispozice.

Pokud je tedy v některé rodině častý výskyt nádorů, pak by měli navštívit klinického genetika, který může odhadnout, jaká je pravděpodobnost vzniku nádoru u dalších členů rodiny, a nastavit preventivní vyšetření. Nicméně je jasné, že zjištění o zděděných predispozicích může být psychicky velmi náročné.

Jak tedy na tento rozpor nahlížíte?

Samozřejmě je velká otázka do budoucna, zda by bylo užitečné, aby každý člověk měl sám, či jeho lékař, k dispozici informaci o genetických predispozicích zjištěných z analýzy genomu. Na jednu stranu by to mohlo být pozitivní pro nastavení preventivních vyšetření a včasný záchyt klinických projevů onemocnění.

Na druhou stranu je ale velmi sporné, zda je pro pacienta dobré všechny tyto informace mít. Informace o některých genetických předpokladech, které se třeba nemusí naplnit, by mohla pacienta zbytečně stresovat. Jsou ale lidé, kteří chtějí vědět, na čem jsou, například pokud už mají závažné onemocnění v rodině.

Nicméně každý by si asi měl vybrat?

Ano, a je to tak i v současnosti - pokud vám odborníci například v rámci z výzkumného projektu nebo diagnostiky konkrétního onemocnění provádí sekvenci genomu nebo jeho části, pak záleží vždycky na rozhodnutí konkrétního člověka, zda chce dostat informaci i o dalších „náhodných“ nálezech dalších patologických genetických variant.

Několik výzkumných týmů pod vaší záštitou nedávno zkoumalo tělesné ostatky Mendela – zakladatele genetiky. Víme tak, že měřil 167 centimetrů, měl mimořádné velkou mozkovnu a nosil boty zhruba velikosti 41. Je něco, co vás při té práci překvapilo?

Jsem velmi vděčná, že se projekt podařil, a dokonce jsme zjistili i více zajímavých informací, než jsme očekávali. Před začátkem projektu jsme si totiž nebyli jistí, jestli se nám vůbec podaří najít Mendelovy ostatky nebo stopy DNA v jeho osobních věcech uchovaných ve starobrněnském opatství. A nakonec se vše podařilo. V jeho oblíbené knize jsme našli vlas, z nějž jsme získali mitochondriální DNA. A také jsme úspěšně vyizolovali DNA z jeho zubů. Srovnáním těchto sekvencí DNA se nám podařilo spolehlivě identifikovat Mendelovy ostatky, které byly následně slavnostně pohřbeny zpět do augustiniánské hrobky.

Nově se nám podařily zjistit i možné genetické příčiny, které se mohly podílet na jeho předčasném úmrtí v 61 letech. Dosud se vědělo o jeho problémech s ledvinami, jeho pitva prokázala hypertrofii (zvětšení) srdce. Nám se podařilo najít gen, ve kterém měl mutaci s dominantní dědičností. Vede k takzvanému Andersonovu syndromu, který může způsobovat srdeční arytmie.

Jinými slovy jste ho mnoha letech podarovali darem, s nímž kdysi započal. Díky sekvenci jeho DNA jste odhalili, na co pravděpodobně zemřel?

Ano, v jeho genomu jsme odhalili predispozici k onemocnění, které se dědí tzv. mendelistickou dědičností, tedy podle principů, které sám Mendel popsal. Kruh se tedy uzavřel.