Jaroslav Doležel: Otevřeli jsme nový směr výzkumu dědičné informace

Jeho tým byl také zodpovědný za dodávání izolovaných chromozomů kolegům v Brně a interpretaci získaných výsledků. Co nám pozorování odhaluje? Kam posouvá naše vědění? A překvapilo ho, co pod mikroskopem viděl? 

Média obletěla zpráva, že čeští vědci ukázali strukturu chromozomu v jeho přirozeném stavu. Jaký byl podíl vašeho centra na tomto objevu? 

Důvodem, proč se často a oprávněně mluví o vědcích z Brna, je, že jádro úspěchu spočívá v metodě, která byla k pozorování izolovaných chromozomů využita. Byla to pokročilá environmentální rastrovací elektronová mikroskopie (A-ESEM). Mimochodem, Brno je Mekkou elektronové mikroskopie a asi třetina světové produkce elektronových mikroskopů se vyrábí právě zde (rozhovor s Roderickem Barkerem, který k tomu přispěl, si můžete přečíst zde). Tým docenta Neděly z Ústavu přístrojové techniky AV ČR v Brně environmentální rastrovací elektronový mikroskop naprosto unikátně vylepšil tak, že umožňuje pozorování biologických vzorků co nejblíže jejich přirozenému stavu. Tato nová mikroskopická metoda se nazývá pokročilá environmentální rastrovací elektronová mikroskopie (A-ESEM) a dosahuje rozlišení miliontin milimetru.

Při klasické rastrovací elektronové mikroskopii (SEM) jsou vzorky vystavované vysokému vakuu, a proto musí být před vložením do mikroskopu upravované, včetně fixování chemickými látkami, jsou také dehydrovány a pokovovány. Takové úpravy mohou poškodit strukturu biologických vzorků, vylučují pozorování v nativním stavu a samozřejmě zvyšují riziko pozorování artefaktů. Když jsem Ústav přístrojové techniky asi před pěti lety navštívil, bylo mi hned jasné, že metoda vyvinutá Vilémem Nedělou je přesně to, co světové komunitě dosud pro studium chromozomů chybělo. 

Mým hlavním oborem je rostlinná cytogenetika – studium genetického aparátu rostlinných buněk. Celý život studuji chromozomy, ale až do této doby nikdo nemohl chromozomy pozorovat ve vysokém rozlišení a co nejblíže jejich přirozenému stavu tak, jak vypadají během dělení buněk. Z možností, které metoda A-ESEM vyvinutá Vilémem Nedělou nabízí, jsem byl nadšený a už během mé první návštěvy jsme dohodli spolupráci. Publikování výsledků předcházelo pět let výzkumu, na jehož konci jsme se mohli podívat, jak vypadá chromozom v „trojrozměrném“ zobrazení a otevřeli tak nový směr výzkumu dědičného aparátu.  

Pro vaše experimenty jste vybrali ječmen, proč? 

Ječmen se stává významnou modelovou rostlinou pro studium dědičnosti rostlin. Do nedávné doby měl monopol huseníček (Arabidopsis thaliana) s malým genomem, jen asi 150 milionů písmen dědičné informace. Díky vývoji nových technik sekvenování, které mají obrovskou kapacitu, si dnes genetici troufají i na velké genomy a pokud jde o obilniny mírného pásu, modelem se stává ječmen. Jeho genom má asi pět miliard písmen genetické abecedy, sice více než člověk, ale pořád třikrát méně než pšenice. Na rozdíl od pšenice je diploidní, to znamená, že má jen dvě kopie dědičné informace a nevznikl křížením více druhů planých rostlin tak, jako pšenice, která má šest kopií dědičné informace, které získala od tří planých předchůdců.  

V průběhu let byla vytvořena řada zajímavých mutantů ječmene, genové banky uchovávají staré krajové odrůdy a položky ječmene z celého světa. Díky tomu je možné charakterizovat genetickou diverzitu tohoto druhu a využívat ji pro izolaci a studium funkce genů. Ječmen je pro nás odrazovým můstkem ke studiu složitého genomu pšenice. Genomem ječmene se zabýváme dlouhodobě a současné studium struktury chromozomů pomáhá vytvořit kompletní obrázek jeho dědičného aparátu.

Když jste ten chromozom uviděl, překvapilo vás, jak vypadá?

Strašně – byl to šok. Několikrát jsme se museli ujistit, že to, co vidíme, není artefakt. Již dříve bylo pomocí klasické rastrovací elektronové mikroskopie zjištěno, že povrch chromozomu není zcela hladký. Ale to, co jsme viděli, mě absolutně šokovalo, protože chromozom vypadá, když to přeženu, jako ježek. Po celém povrchu je pokrytý výběžky o tloušťce asi 30 nanometrů.  

Celý článek na vedavyzkum.cz ZDE