3.1.2019 09:30 | Veda

Častice z ďalekej galaxie aj „vypnutý“ gén. Čo priniesla veda v roku 2018?

Bunkové línie v embryu rybky zebričky. Farby kódujú rôzny čas vzniku. Prvé bunky sú sivé, do 6 hodín (zlatá farba) sa vyvinuli tri hlavné vetvy.
Bunkové línie v embryu rybky zebričky. Farby kódujú rôzny čas vzniku. Prvé bunky sú sivé, do 6 hodín (zlatá farba) sa vyvinuli tri hlavné vetvy. Zdroj: Jeffrey Farrell and Yiqun Wang

„Oscar“ za vedecký výskum putoval k sledovaniu vývoja embrya, bunka po bunke.

Redakcia vedeckého časopisu Science tradične v poslednom decembrovom čísle uverejňuje rebríček „naj“ výskumných úspechov roka. Má podobu hitparády v štýle top ten, ale priradené umiestnenie, prvé, má iba víťaz. Patrí mu titul Breakthrough of the Year čiže Prielom roka.

Ostatných deväť úspechov je v slede, ale bez poradia. Redakcia Science je na výber top ten kvalifikovaná. V posledných rokoch však necháva na webe hlasovať aj čitateľov.

Tri kroky k jednému cieľu

Prielomom roka 2018 sa stala kombinácia troch metód, ktorá umožňuje podrobne sledovať vývoj embrya. Doslova bunka po bunke. Metódy spoločne odhaľujú, kedy sa aktivujú gény v jednotlivých bunkách, aby bunky zohrali svoje špecializované úlohy.

Prvá izoluje zo živého organizmu tisíce nedotknutých buniek. Pomocou druhej sa dekóduje aktivovaný genetický materiál. A napokon tretia umožňuje počítačovo sledovať špeciálne označené bunky a presne priestorovo i časovo zrekonštruovať ich vzájomné vzťahy.

Vedci takto sledovali aktivitu génov 8-tisíc buniek embrya ovocnej mušky, 50-tisíc buniek hlísty, rozrôznenie oplodneného vajíčka rybky zebričky na 25 typov buniek, vývoj orgánov žaby a regeneráciu červov ploskavcov rozrezaných na kúsky i orgánov salamandry.

Bunkové línie v embryu rybky zebričky. Farby kódujú rôzny čas vzniku. Prvé bunky sú sivé, do 6 hodín (zlatá farba) sa vyvinuli tri hlavné vetvy. fotogaléria / 6
Bunkové línie v embryu rybky zebričky. Farby kódujú rôzny čas vzniku. Prvé bunky sú sivé, do 6 hodín (zlatá farba) sa vyvinuli tri hlavné vetvy. Zdroj: Jeffrey Farrell and Yiqun Wang

A čo človek?

Z etických dôvodov nemožno metódy použiť priamo pri sledovaní vývoja ľudských embryí. Vedcom ale poslúžili pri skúmaní aktivity jednotlivých typov ľudských buniek, tkanív a organoidov, miniaturizovaných umelých 3D verzií orgánov.

Cieľom výskumného konzorcia Human Cell Atlas (Atlas ľudských buniek) je už dva roky určiť všetky typy ľudských buniek, ich polohu v tele a ako spolupracujú pri tvorbe tkanív a orgánov. Pripomeňme si, že v tele máme približne 37 biliónov buniek.

Úder do ľadu v ľadovej dobe

Niekedy počas posledných 100-tisíc rokov dopadla na zemský povrch v severozápadnom Grónsku planétka. Vytvorila tam kráter s priemerom 31 kilometrov. Vedci ho teraz objavili pod kilometer hrubým ľadom pomocou leteckého radaru. Dostal meno Hiawatha.

Voda z tým roztopeného ľadu by mohla zastaviť systém prúdov v severnom Atlantiku, ktorý zohrieva Európu. Ak by planétka dopadla pred asi 13-tisíc rokmi, vysvetlilo by to tisícročné globálne ochladenie nazývané Mladšie dryas na výstupe z maxima poslednej ľadovej doby.

Počítačová rekonštrukcia častí planétky padajúci ku Grónsku. fotogaléria / 6
Počítačová rekonštrukcia častí planétky padajúci ku Grónsku. Zdroj: NASA/SVS

Dcéra dvoch druhov praľudí

My dnešní obyvatelia Eurázie a Oceánie a naši migranti do Nového sveta máme v DNA niekoľkopercentný príspevok človeka neandertálskeho alebo záhadných Denisovanov. Okrem Afričanov, v ich DNA sa ale zasa našli stopy ďalšieho, dosiaľ neznámeho druhu pračloveka.

Analýza DNA z kosti, ktorá sa našla v roku 2012 v jaskyni Denisova v juhosibírskom pohorí Altaj, priniesla prvý dôkaz kríženia prispievateľov k našej DNA. Kosť patrila dievčine, ktorej otcom bol Denisovan a matkou neandertálka. Neandertálskych predkov mal už jej otec.

Šesť pohľadov na kosť, z ktorej sa podarilo vyťažiť DNA dokazujúcu narodenie Denny, dcéry Denisovana a neandertálky. fotogaléria / 6
Šesť pohľadov na kosť, z ktorej sa podarilo vyťažiť DNA dokazujúcu narodenie Denny, dcéry Denisovana a neandertálky. Zdroj: T. Higham, University of Oxford

Kvapôčkový manažment bunky

Typická bunka obsahuje desaťtisíce rôznych molekúl. Ako môžu byť všetky v správnom čase na správnom mieste? Vyšlo najavo, že za ich organizáciou sú kvapôčky kondenzovaných bielkovín v cytoplazme, „kvapalina v kvapaline“. Sťaby olej a ocot v šalátovom dressingu.

Bielkovinové kvapôčky stláčajú DNA a „vypínajú“ gény. Sprostredkujú prenos genetického kódu z DNA do RNA. Pri ich tvorbe sú kľúčové chvostíky molekúl bielkovín. Keď kvapôčky skondenzujú zle, vznikne miesto kvapaliny gél, čo vedie k neurodegeneratívnym chorobám.

Zrodila sa forenzná genealógia

Genetika odhalila sériového znásilňovača a vraha, unikajúceho spravodlivosti v USA. DNA z jedného miesta zločinov páchateľa zvaného Golden State Killer, spáchaných v 70. a 80. rokoch minulého storočia, po uploade do verejnej genetickej databázy odhalil príbuzných.

Genealóg potom na báze verejných záznamov zostavil rodokmene. Kriminalistov to priviedlo k 73-ročnému Jamesovi DeAngeloovi, ktorý vekom i bydliskom vyhovoval zločinom. Testy jeho DNA definitívne preukázali, že ide o páchateľa. Metóda sa viackrát znovu osvedčila.

Vedomie, že kedykoľvek môže doraziť pracovný e-mail, nás oberá o odpočinok.
Čítajte aj Neriešte doma prácu, škodíte sebe aj rodine

Molekulárne stopy prvých živočíchov

Vedci identifikovali cholesterol vo fosíliách tzv. ediakarskej bioty (pomenovanej podľa vrchoviny Ediacara v južnej Austrálii), mnohobunkovcov, ktorí žili pred vyše pol miliardou rokov. Dokázali tým, že tento biologický komplex už aspoň sčasti tvorili živočíchy.

Vo vrstvách hornín spred 660 až 635 miliónov rokov sa našli stopy molekúl, aké dnes produkujú iba živočíšne morské huby. Tieto stopy sú staršie ako najstaršie známe fosílie živočíchov. Štúdie tohto typu to posúva o stovky miliónov rokov hlbšie do minulosti.

Vo fosílii ediakarského tvora Dickinsonia sa našli stopy cholesterolu, čo dokazuje, že to bol živočích. fotogaléria / 6
Vo fosílii ediakarského tvora Dickinsonia sa našli stopy cholesterolu, čo dokazuje, že to bol živočích. Zdroj: D. Grazhdankin

Liek na „vypnutie“ génu

Regulačné orgány USA a EÚ schválili liek, ktorého základom je úplné potlačenie činnosti génu cez interferenciu RNA (RNAi). Ohlasuje to celú novú triedu liečív, ktoré budú narúšať proces prekladu informácií v génoch, spôsobujúcich choroby, do bielkovín.

Ide o liek Onpatro, ktorý pomocou tukových nanočastíc dopravuje do pečeňových buniek dostatok RNAi, aby to odstránilo tvorbu zdeformovaných bielkovín pri dedičnom ochorení transthyretinová amyloidóza. Tieto bielkoviny totiž poškodzujú srdce a nervy. Čoskoro by mali nasledovať podobné lieky, doručujúce RNAi do oka a centrálnej nervovej sústavy.

Expresné určovanie štruktúry molekúl

Mapovanie molekulovej štruktúry malých organických zlúčenín je nenahraditeľné pri poznaní ich správania a ako s nimi reagujú lieky. Tradične, röntgenovou kryštalografiou, trvá celé dni, týždne či dokonca mesiace. Nová metóda to umožňuje dosiahnuť v priebehu minút.

Namiesto röntgenového žiarenia využíva elektrónový lúč. Ten je zacielený na „fóliovitý“ 2D kryštál predmetnej biomolekuly. Poskladaním 2D útvarov vzniká miniatúrny 3D kryštál miliardkrát menší, než aký vyžaduje použitie röntgenovej kryštalografie. Po umiestnení na rotujúcu platformu a ožiarení elektrónmi veľmi rýchlo „prezradí“ svoju štruktúru.

Women in STEM
Čítajte aj Univerzálny „liek na rakovinu“ nemôže existovať. Ako s ňou teda bojovať?

Časticové prízraky z ďalekej-preďalekej galaxie

Neutrína sú častice s takmer nulovou pokojovou hmotnosťou. Vyznačujú sa mimoriadnou schopnosťou prenikať hmotnými objektami. Telom každého z nás ich stále prelieta nesmierne množstvo. Má to ale háčik: ťažko sa zaznamenávajú. Aj na to však existujú aparatúry.

IceCube, sieť detektorov v kubickom kilometri ľadu pod Južným pólom zachytáva svetelné záblesky pri občasnom náraze neutrín na atómové jadrá v ľade. Podarilo sa to už viackrát, aj z vesmíru mimo Mliečnej cesty. No až teraz s presným určením zdroja, k čomu pomohli iné detektory, aj na satelitoch. Ide o aktívnu galaxiu, blazar, s masívnou čiernou dierou v strede.

#MeeToo vo vede

Podľa správy Národných akadémií vied, techniky a medicíny USA sa v dvoch veľkých univerzitných systémoch stalo obeťami rodovej diskriminácie vyše 50 percent ženských vyučujúcich a iných zamestnancov a 20 až 50 percent študentiek, podľa miesta a odboru.

Viaceré inštitúcie na to zareagovali prísnymi opatreniami po potvrdení obvinení. Pripojila sa Národná vedecká nadácia, usvedčeným odoberie granty. AAAS, vydavateľ Science (pozri nižšie), ich zbaví usvedčených pôct. Tvrdo zakročia aj spomenuté Národné akadémie.

Detektory zo siete IceCube. fotogaléria / 6
Detektory zo siete IceCube. Zdroj: Jamie Yang and Savannah Guthrie, IceCube/NSF

Hlas čitateľov

Na webe Science hlasovali o vedeckej top ten roka 2018 online čitatelia. Prvé kolo zúžilo výber na štyri, ku ktorým sa potom v druhom kole vyjadrilo vyše 12-tisíc čitateľov.

S redakciou Science sa zhodli na Prielome roka (35 percent hlasujúcich), lieku „vypínajúcom“ gény (30 percent) a neutrínach z blazaru (23 percent). Štvrtý čitateľský top úspech, zobrazenie mozgu ovocnej mušky až po synapsie (12 percent), sa tesne nedostal do redakčnej desiatky.

Zlyhania roka

Redakcia Science popri desiatich úspechoch poukazuje aj na najvážnejšie neúspechy. Hlavným bola neschopnosť politických orgánov a inštitúcií účinne reagovať na prírodné katastrofy, ktoré zjavne vyplývajú z globálneho otepľovania. Vlny horúčav, suchá a lesné požiare, hurikány a záplavy. Všetko je to čoraz silnejšie a častejšie.

Oceány sú najteplejšie od začiatku merania. Ich hladiny o 8 centimetrov presahujú hodnotu z 90. rokov, ich stúpanie sa navyše zrýchľuje. Iste, kvôli objektívnemu prístupu možno o miere ľudského príspevku k tejto zmene diskutovať. No trebárs globálne antropogénne emisie skleníkových plynov budú za práve uplynutý rok zasa o 2 percentá vyššie.

Katastrofou bol tiež rozsiahly požiar brazílskeho Národného múzea v Rio de Janeiro, ktorý zničil veľkú časť dvestoročných zbierok. Nenávratne stratených je množstvo prírodovedných i humanitných artefaktov. Hlavné príčiny: dlhodobé podfinancovanie a ľahostajnosť.

Dôkazom, že sa klimaticky čosi deje, je aj nedávny súbežný výskyt štyroch hurikánov v strednom Atlantiku. fotogaléria / 6
Dôkazom, že sa klimaticky čosi deje, je aj nedávny súbežný výskyt štyroch hurikánov v strednom Atlantiku. Zdroj: National Oceanic and Atmospheric Administration

Napokon: obrovské etické obavy vyvolalo vyhlásenie čínskeho výskumníka, že pomocou metódy editovania génov CRISPR dosiahol, aby sa narodili dievčatká-dvojičky imúnne voči vírusu HIV. Samo osebe azda dobrá vec, ale zjavne pri porušení odôvodnene určených pravidiel.

Podrobnejšie opisy jednotlivých úspechov vlaňajšej vedeckej top ten spolu s odkazmi na pôvodné zdroje sú voľne prístupné na webe Science.

Diskusia 1 Príspevkov