Thomas E. Woodward a James P. Gills, MD
Z portálu Science and Culture přeložil Pavel Akrman – 07/2026.
Poznámka editora: Rádi představujeme tento úryvek ze 4. kapitoly nové knihy Epigenetika a architekt: Důkazy designu na hranici biologie1 od Thomase E. Woodwarda a Jamese P. Gillse, MD (Discovery Institute Press).
Od chvíle, kdy vědci poprvé spatřili nový molekulární kontinent zvaný Epigenom a začali přistávat u jeho břehů, procházet se po jeho slunných plážích, a pronikat do jeho temných a tajemných lesů – překvapení neměla konce. Tato objevitelská cesta je úzce spjata s otázkou, jak se kmenová buňka – v našem případě oplodněné lidské vajíčko s obrovským množstvím informací zakódovaných podél molekuly DNA – může měnit do všech typů tkání v těle.
Například lidský ramenní komplex obsahuje stovky miliard buněk a různé typy tkání, včetně svalových vláken, nervových sítí a kostních struktur. Každá složka je brilantně sladěna a propojena, aby dosáhla vynikající funkčnosti, přičemž každá tkáň má svou roli v podpoře a pomoci pohybu kloubu. Formování ramene začíná nenápadně, na molekulární úrovni. Během vývoje musí každá buňka fungovat bezchybně, aby zajistila správné dozrání ramene, i když úplně první buňka lidské bytosti – zygota, která vzniká splynutím vajíčka a spermie – má celou řadu úkolů radikálně odlišných od budování kostních, nervových, svalových a kožních buněk ramene. Co umožňuje nezbytnou buněčnou diferenciaci a umístění? Co buduje tu složitou strukturální síť? Co určuje onen jedinečný život každé specializované buňky v tomto systému? Jak se ukazuje, klíčem k tomuto procesu je právě epigenom.
Klíčový proces
S postupujícím vývojem je každá buňka epigenetickým systémem, který se nachází ještě nad DNA, a zároveň udržuje blízký kontakt s jejím genetickým bohatstvím, nasměrována k jedinečnému využití svých DNA souborů. Už toto samotné představuje revoluční objev. Ale s tím, jak vědci dosáhli pokroku v definování funkcí epigenomu, se objevil další poznatek. Každý z nás ve svém těle nosí více než dvě stě verzí epigenomu. To souvisí s nesčetnými typy buněk v našem těle. I podle velmi konzervativních odhadů lidské tělo obsahuje stovky typů buněk (např. krevní buňky, kožní buňky, kostní buňky, nervové buňky). A přestože všechny mají stejný základní genom, každý typ buňky má jedinečnou sadu epigenetického softwaru, která je přesně přizpůsobena pro daný typ buňky. Tato skutečnost je snad tím největším šokem, který z epigenetických studií vyplynul.
Výzkumník epigenetiky Berkley Gryder poznamenává, že pokud bychom zahrnuli všechna vývojová stádia buněk v lidském zárodku, počet samostatných epigenomů by byl astronomický – v řádu tisíců. Takže zatímco projekt lidského genomu měl k mapování pouze jeden genomický informační systém, projekt lidského epigenomu má mnohem náročnější úkol. Pokud by se do počtu zahrnuly i různé epigenomy pro různé přechodné buněčné stavy, musel by takový projekt prozkoumat a zmapovat několik tisíc systémů.
Titulní stránka výše uvedené knihy. Zdroj obrázku: Discovery Institute Press.
To je velmi náročný cíl, ale vědci na tuto výzvu zareagovali. Národní instituty zdraví (NIH) nejprve dohlížely na projekt s názvem Epigenome Roadmap (Mapování epigenomu), jehož úvodní fáze zmapovala 111 buněčných typů, zatímco vědci z ENCODE zmapovali dalších šestnáct, čímž výzkumníkům poskytli celkem 127 epigenetických map. Tým ENCODE zveřejnil svá průlomová zjištění již v roce 2012 v publikaci asi třiceti článků v různých vědeckých časopisech, včetně Nature, kde se uvádí, že asi 80 procent genomu je biochemicky funkčních. V následujícím desetiletí vědci zkoumali další buněčné typy a rozluštili další epigenetické kódy.
Poslední studie potvrzují, že kontrolní procesy jsou řízeny mimo DNA informační sítí, která je zaměřena na udržení zdraví celého organismu. Nyní je zjevné zásadní zjištění: DNA sama o sobě nehraje roli manažera buňky. Je sama řízena, a to systémem s vyšší autoritou.
Návrat ke stavebnímu Inženýrovi
Ačkoli pojmy epigenom a epigenetika byly na začátku nového tisíciletí pro ty mimo oblast genetiky do značné míry neznámé, v roce 2009 se epigenetická oblast dočkala publicity v New York Times. V článku „Z jednoho genomu, mnoho typů buněk, ale jak?“ vědecký publicista Nicholas Wade poznamenal: „Jednou z trvalých záhad biologie je fakt, že na budování těla spolupracuje řada specializovaných buněk, přestože mají všechny úplně stejný genom.“
Jak dále vysvětluje, vědci dospěli k závěru, že pro vývoj mozku, jater, kostí, srdce a mnoha dalších struktur musí existovat jiná sada dědičných instrukcí, která je nadřazena DNA, působící tak, že „otevírá“ klíčové linie skriptu v každé buňce, a zároveň činí ostatní linie funkčně neviditelnými. Wade přirovnal tyto rozmanité úkoly lidských buněk k situaci, kdy různí aktéři čtou ze stejného hlavního skriptu, zatímco jiné instrukce mimo skript aktérům zablokují ty části, které se jich netýkají. V rámci souboru živých buněk tedy jednotlivé buňky (analogicky aktéři) nevidí celý skript DNA – nevidí celou sadu genů. Určité části skriptu DNA, které nejsou relevantní pro konkrétní buňku, jsou uzavřeny epigenetickými markery.
Jak vysvětlují genetici citovaní ve Wadeově článku, epigenom řídí přístup ke genům, blokuje mnoho genů a zároveň umožňuje každému typu buňky aktivovat jeho vlastní speciální geny. Výzkumníci dále dospěli k závěru, že epigenom se podílí nejen na určení genů, které jsou pro každý typ buňky dostupné, ale také na řízení procesu aktivace těchto dostupných genů.
Epigenom tedy řídí DNA k vytvoření mnoha různých typů tkání v těle z jediné kmenové buňky. Pokud má každý člověk více než dvě stě odlišných verzí epigenomu, a tedy stejný počet odlišných „dirigentů orchestru“ působících v různých druzích buněk, z nichž každý má odlišnou „hudební partituru“, vyvolává to zásadní otázky. Především jak je vůbec možné sestavit tolik různých verzí epigenomu? A jak dochází k přepisování poté, co epigenom zahájí svou řídící činnost v zygotě? Jaký systém řídí přepisování samotného epigenomického systému? Jednoduše řečeno, jak se z jediné buňky oplodněného vajíčka rozvine tolik epigenetických „dirigentů“?
Zygota kód
Jedná se o velmi složitý proces, který se musí mnohonásobně opakovat, protože buňky se diferencují od svého výchozího bodu. Wade na základě odpovědí dotazovaných genetiků říká, že DNA podle potřeby přepisuje epigenom, a ten pak přesměrovává využití DNA novými způsoby, až se objeví nové typy buněk.
Ne že bychom tuto kruhovou cestu příčiny a následku zcela odmítali (i my předpokládáme, že na ní je něco pravdy), nicméně je to zvláštní popis kauzality. Wade především nezmiňuje základní role vnitřní architektury zygoty při vytváření jedinečného tělesného plánu každého vyššího druhu – ať už je to lilie, brouk, klokan nebo kterákoli z milionu dalších forem života. Trojrozměrná struktura zygoty se jeví být nanejvýš důležitá. Každá molekula, každý strukturální detail, každý atomový kout a štěrbina zygoty potenciálně přispívá k osudu zygoty. Někteří embryologové nyní navrhli, že přesné molekulární strukturování vnitřku zygoty (v našem případě oplodněného jednobuněčného lidského embrya) je místem nejvyššího epigenetického kódu – neboli master (hlavního) kódu. Říkejme mu tedy: Zygota kód.
Při zkoumání informační záhady zygoty v této knize jsme se částečně řídili buněčným biologem Jonathanem Wellsem, zesnulým vědcem, který se v této oblasti prosadil jako průkopník. Doktorát (svůj druhý) z buněčné a vývojové biologie získal na Kalifornské univerzitě v Berkeley se specializací na embryologii.
Poté, co během studia na Berkeley publikoval recenzované embryologické výzkumy, napsal několik článků a knih o evoluční teorii. Nás zde však zajímá jeho článek z roku 2014 v časopise BIO-Complexity, který zpochybňuje obecně rozšířený předpoklad, že jedinečný trojrozměrný plán těla zvířete lze specifikovat pouze z jednorozměrného kódu DNA, písmeno po písmenu.
Již v okamžiku, kdy se zygota nachází na prahu buněčného dělení a embryonálního vývoje, nachází se v této buňce strukturální cíl – např. že to bude jilm, lev, kolibřík. Kde v buňce jsou však zakotveny architektonické plány pro dosažení tohoto cíle? Wells zhodnotil zatím chabé důkazy, podle nichž vědci tvrdili, že pouze DNA nese plány pro prostorové uspořádání buněk, tedy plány, o nichž se říká, že vedou ke konstrukci nového člena určitého druhu. Poté popsal několik fascinujících embryonálních experimentů, které ukazují úplně jiným směrem, a to k určitým strukturálním vzorcům v zygotě, které nesou – jak on to tehdy nazval – „ontogenetickou informací“.
Uvnitř buňky vajíčka
Abychom získali jasný smysl některých z těchto epigenetických objevů, vraťme se k naší fiktivní ponorce a prozkoumejme další miniaturizující sestup, tentokrát do buňky vajíčka.
Jak ponorka klesá, jediným zvukem je tiché bzučení jejího pohonného systému, ale jak loď nabírá rychlost, přidává se k bzučení svištivý zvuk. Brzy se před námi objeví vajíčko, a vypadá jako malá planeta. Tato živoucí planeta se ale stále více zvětšuje, až vyplní celý výhled z předního okna ponorky. „Míříme do pověstné „zona pellucida“ (silný glykoproteinový obal obklopující vajíčko všech savců, pozn. překl.),“ vysvětluje váš průvodce, zatímco řídí loď vpřed.
Všechny poznámky k pramenům jsou obsaženy v publikované knize.
Odkazy
- Thomas E. Woodward and James P. Gills, MD, Epigenetics and the Architect: Evidence of Design at the Frontier of Biology.