…bude někdy možné?

Přesně na toto téma jsem publikoval článek v časopise Svět (říjnové číslo 10/07). Článek samozřejmě nezmiňuji poprvé (nebyl první ani zdaleka poslední), ale poprvé jej zde přetiskuji. Původní text tedy otiskuji poprvé kompletně na svém blogu. (All rights reserved) Hezké počtení:

Můžeme naklonovat dinosaury?

Pro většinu dnešních lidí dobře obeznámených s filmovou sérií Jurských parků nemusí tato otázka nutně představovat vyloženě nesmyslnou, ba přímo kacířskou myšlenku. Ve filmu to přece šlo docela snadno a věda dnes (navíc již dalších 14 let po prvním „parku") dokáže hotové zázraky, jak je obecně známo. A opravdu snad neuplyne měsíc, aby některé vědecké periodikum specializované na genetiku nebo molekulární biologii nepřišlo s další inovací v postupech genetického inženýrství. Převratné objevy v paleobiologii na sebe také nenechávají v posledních letech příliš čekat a často se nějaká ta zprávička dostane i do médií. Většina současné populace tak má stále dobré důvody věřit, že je dnes možné alespoň některé pravěké organizmy klonovat.

Přitom názor jak prvních paleontologů z počátku 19. století, tak i ryze současných vědců by byl v tomto bodě stále shodný: žádné vymřelé organizmy nedokážeme znovu přivést k životu, a velmi pravděpodobně to nebude možné ani nikdy v budoucnosti. Tuto možnost současná věda stále odsouvá někam do oblasti výsostné science fiction. Přesto není obsah článku tímto tvrzením ani zdaleka vyčerpán. V oblasti paleobiologie byl, jak již bylo naznačeno, v posledních letech učiněn obrovský pokrok. Pokrok tak výrazný, že je ve svých důsledcích z větší části vědeckou komunitou s nedůvěrou odmítán.

Proč nemůžeme mít na zahradě dinosaurka

Jak už bylo jednou řečeno, film jako je Jurský park může vyvolat dojem, že klonování dinosaurů nebo jiných vyhynulých zvířat je v podstatě snadné, máte-li k dispozici onen slavný jantar (zkamenělou pryskyřici) s úžasně dobře zachovaným hmyzem, sajícím kdysi krev dinosaurů. Podle filmu stačilo tento jantar navrtat až k dokonale konzervovanému tělu krevsavého hmyzu, speciální injekční stříkačkou z něj extrahovat obsah komářího těla a z tohoto výtažku izolovat příslušnou dinosauří DNA. Potom se už prostě jen DNA opatrně injikuje do uvolněného vajíčka bez jádra, nekompletní místa se doplní žabí DNA a za pár měsíců už může společnost InGen vydělávat své první miliardy. Vypadá to opravdu velmi jednoduše. Máloco je ale tak vzdálené skutečnosti. Praktické problémy spojené s takovým podnikem jsou téměř nedozírné.

V buňkách starých řádově byť jen desítky tisíc let (oproti desítkám milionů potřebným pro dobu dinosaurů) se zachová necelé 1% vzorce DNA, takže podklady pro klonování jsou zoufale nekompletní. Ve fosilních kostech dinosaurů se navíc nedochová nikdy původní DNA (zlomky této nukleové kyseliny mohou přečkat nanejvýš asi tisíce let). I kdyby se přesto nějakou záhadou podařilo získat kompletní nepoškozenou živou buňku, nevíme jak poskládat DNA do vzorce a jak oživit všechny informace genetického kódu. I fosilní kosti mohou skutečně obsahovat genetickou informaci, ta však prakticky nepřesahuje 250 základních párů jednotek používaných k měření délky řetězce DNA. Přitom lidský genom obsahuje těchto jednotek 3 miliardy, u dinosaurů se jeho délka odhaduje na 1-10 miliard. I kdyby se opět nějakým zázrakem podařilo vědcům rekonstruovat všechny páry, nevěděli by, jak je správně uspořádat do tohoto řetězce. Ze snadné rutiny tak máme najednou prakticky neřešitelný problém. A co se týče doplnění chybějících míst dinosauřího genomu žabí DNA, takové počínání je naprosto nesmyslné. Především dinosauři jsou, jak je dnes již dobře známo, předci ptáků a příbuzní krokodýlů, takže mnohem lepší volbou by byla doplňková DNA z tohoto zdroje. Ve filmu byla žabí DNA použita pouze kvůli dějové zápletce (některé žáby mohou měnit za určitých podmínek pohlaví, čímž bylo ve filmu elegantně vysvětleno, proč se dinosauři dokázali samostatně rozmnožovat, i když byli všichni stvořeni jako samice). Ve skutečnosti by kombinace genomu dinosaura a obojživelníka neměla velikou naději na životaschopnou existenci.

David Botstein, předseda genetického oddělení Stanford University již po premiéře Jurského parku v roce 1993 uvedl věci na pravou míru:

„Ke stvoření dinosaura potřebujeme více než jen DNA. K tomu je nutné mít k dispozici celou živou buňku. Jedině v nepoškozené buňce s dosud nerozluštěnými biologickými signály, oznamujícími genům, kterou funkci mají zapojit, může DNA řídit stvoření embrya. Jinak jsme v situaci, kdy máme sestavit automobil, ale nevlastníme ani pracovní nářadí a přístroje, ani náhradní díly, dokonce ani základní materiál na jejich výrobu. A to je přesně situace ve které se nacházíme v případě DNA technologie."

Tento názor ani po uplynutí oněch 14 let od premiéry filmu nijak neztratil na aktuálnosti. Klonování dinosaurů je v tuto chvíli stále stejnou „vědeckou možností", jakou je oblet Slunce v kosmické raketě.

Návrat dinosaurů nepovažuje za možný ani český molekulární genetik Jiří Forejt. Na jedné své přednášce v Akademii věd jako důvod uvedl fakt, že DNA ze zachovalé mineralizované a „usušené" tkáně těchto dávno vyhynulých tvorů není v žádném případě srovnatelná s jádrem buňky dospělého dárce. Jádro se totiž při klonování vždy vkládá do mateřského vajíčka, z něhož se naopak původní jádro odstraní. Podle Dr. Forejta nebude zřejmě nikdy takový postup proveditelný u vyhynulého organismu. Stejně skeptický je v této záležitosti i obecný názor drtivé většiny vědecké veřejnosti (na rozdíl od drtivé většiny spisovatelů sci-fi).

Klonování pravěkých organizmů je tedy zřejmě neproveditelné již v teoretické rovině věci. Nemluvě pak o myriádách dalších problémů praktického rázu. Velkou potíží při práci s pravěkou DNA (starou nanejvýš tisíce let) je například možná kontaminace dědičnou informací lidí, kteří pracují v laboratoři, nebo DNA mikroorganismů, které se do vzorku dostanou navzdory mnohým bezpečnostním opatřením. Používané vzorky navíc přicházejí do laboratoře již kontaminovány ze samotného místa naleziště i z předchozího průzkumu fosílií. K přenosu nežádoucího organického materiálu do vzorku přitom stačí opravdu málo.

Úžasný materiál z krále dinosaurů

Tyrannosaurus rex je dnes bezpochyby nejpopulárnějším dinosaurem vůbec. Obří dravec, dlouhý 13 metrů s hmotností kolem 7 tun představuje stále vděčné téma filmařů, spisovatelů i vědeckých žurnalistů. Rozená „mediální hvězda" ze svrchní křídy se však může pochlubit i něčím víc, než jen svým impozantním vzhledem. Právě v kostech jednoho z dnes již asi 35 známých exemplářů tohoto dinosaura byl učiněn objev, nad kterým žasne celý vědecký svět. Již v roce premiéry Jurského parku (1993) byly objeveny ve stehenní kosti tyrannosaura „sférické struktury, mající vzhled červených krvinek", jak oznámila tehdejší americká média. V té době však této zprávě ještě nebyla věnována patřičná pozornost a část vědců přímo podezřívala autory (mezi nimiž nechyběl slavný paleontolog Jack Horner) přinejlepším z přílišného optimismu. V roce 2005 se však Mary Schweitzerové, docentce paleontologie na univerzitě státu Severní Karolína, podařilo na kostře náležející tamějšímu Muzeu přírodních věd, získat pravěkou tkáň z další stehenní kosti tyrannosaura. Fotografie vzorku se okamžitě dostaly do hledáčku všech světových médií. Získaný kousek tkáně teropodního dinosaura se, ač je to neuvěřitelné, jeví jako málo poškozený. Samotná tkáň si zachovala barvy a pružnost. Mikroskopické vyšetření vnitřních struktur ukázalo, že jsou zachovány rozvětvené cévy a že se ve vzorku zachovaly i struktury podobající se buňkám – erytrocytům. To by samo o sobě nebylo nijak ohromující, kdyby ovšem ona kost nebyla celých 68 milionů let stará!

Schweitzerová byla zprvu opatrná a než výsledek v renomovaném vědeckém magazínu Science zveřejnila, opakovala ještě pokus se třemi dalšími dobře zachovanými kostmi dinosaurů: 78 milionů let starého brachylophosaura („kachnozobého" dinosaura) a dvěma 65 milionů let starými dinosaury, tyrannosaurem a triceratopsem. Každý ze zkoumaných druhů vykazoval zachované buňkám podobné struktury, nebo pružnou hmotu, která se podobá kolagenu. Schweitzerová pak v souladu s teorií, že dinosauři jsou předchůdci dnešních ptáků, porovnala nález s tím, co se nachází na kostech dnešních pštrosů. Přesně podle očekávání zjistila mezi nimi značnou podobnost. V dinosauřích i pštrosích cévách se uchovávají fragmenty, které by mohly být jádry buněk tvořících původně tkáň endotelu – vnitřní vrstvu cév rozvádějících krev.
Rozbory zbytků této dinosauří tkáně naznačují, že jisté zlomky původních molekulárních struktur by měly být dosud uchovány. Svědčí o tom také test, při kterém vědci použili protilátky, které se váží na kolagen. Tyto protilátky schopné rozpoznat molekuly kolagenu, reagují i se strukturami izolovanými z dinosauřích kostí. Potvrdí-li se, že proteinové struktury dinosauřího kolagenu se skutečně uchovaly, bude možno získat i další poznatky o složení těl dinosaurů, a mnoho dalších informací například o příbuznosti dinosaurů a současných živočichů. Dle Schweitzerové navíc existuje malá naděje, že se objeví i zbytky genetického kódu uchovaného ve fragmentech jader buněk tvořících krevní kapiláry.

Skeptici však mají zcela jiný názor. Domnívají se, že pokud se vůbec nějaké zbytky DNA zachovaly, budou jen útržkovité a k naklonování dinosaura zcela nepoužitelné, což je dnes zcela převažující názor.

Přesto jde v případě objevu z roku 2005 o ohromný úspěch, který si ještě před dvaceti lety neuměl zřejmě nikdo představit. Samotné autorce studie vynesl značnou popularitu i v mimovědeckých kruzích.

V první polovině letošního roku navíc přišla z vědeckého tábora Mary Schweitzerové další „bomba". Ve zmíněných vzorcích 68 milionů let starých měkkých tkání objevil její tým původní proteiny – přesněji aminokyseliny stavebního vláknitého proteinu kolagenu. Nalezené proteiny jsou v tak v dobrém stavu, že lze nejen ověřit přítomnost proteinů, ale dokonce přímo dotyčné proteiny identifikovat! To zcela přehodnocuje náš pohled na fosilizaci a možnosti uchování organického materiálu v geologickém čase. Objev dosud není plně ověřen, ale pokud se potvrdí, mohlo by to znamenat malou revoluci v celé paleontologii a geologických vědách obecně.

Až dosud panovalo mezi paleontology všeobecné mínění, že když pravěké zvíře uhynulo, pokud se jeho kostra vůbec zachovala, kosti se postupně přeměňovaly v kámen. Procesem fosilizace (diageneze) se postupně nahrazovaly veškeré organické zbytky a materiál se měnil v minerál. Nový výzkum ze Severní Karolíny tak nyní staví vše, co jsme se dříve učili, na hlavu. Značná výhoda kostí totiž spočívá v tom, že kostní tkáň je již během života živočichů kombinací proteinů a minerálů. Paleobiologům se pod vedením Schweitzerové podařilo demineralizovat fosilizovanou kostní tkáň tyrannosaura (a přitom také přes 160 tisíc let starého mastodonta) a získat z ní vzácné proteiny.
U živých zvířat nebo mladých fosilií jde procedura aplikovat relativně snadno, těžko by ale někdo čekal, že to bude možné u 68 milionů let starých kostí. Obecný předpoklad dával proteinům maximální životnost asi do 1 milionu let. Za zde jistě stojí i fakt, že tyrannosaurus zdaleka není rekordmanem v délce uchování extrahovatelných proteinů. Již v roce 1991 byla publikována studie o získání kolagenních proteinů ze 150 milionů let starých fosílií obřího svrchnojurského sauropoda seismosaura. Tyrannosaura a seismosaura přitom od sebe dělí větší časový úsek než prvně zmiňovaného dinosaura od člověka. Seismosaurus tak překonal předchozího držitele rekordu z řad korýšů o celých 70 milionů let a tento „rekord" platí stále. V kvalitě zachování se však se Schweitzerovými vzorky měřit nemůže.

Není také bez zajímavosti, že aminokyseliny nalezených fragmentů kolagenu tyrannosaura spojují rovněž překvapivě dobře stabilní peptidické vazby. Aby toho nebylo málo, studie také opět potvrdila příbuznost dinosaurů s jejich vývojovými potomky – ptáky (kolagen tyrannosaura byl při srovnávání nejvíce podobný kuřecímu). Tento výzkum má významné praktické aplikace v medicíně, biotechnologiích a samozřejmě genetice. Bez přehánění se dá říci, že Schweitzerová otevřela nové dveře celému budoucímu výzkumnému odvětví. Zda budou na jeho konci přeci jen stát živí, naklonovaní dinosauři, je ovšem otázkou.

Oživíme aspoň mamuta?

Ve srovnání s 68 milionů let starým dinosaurem se oživení „pouhých" 20-30 tisíc let starého mamuta zdá být nesrovnatelně realističtějším cílem. Je to ale zdání vcelku klamné. V otázce klonování mamutů totiž platí prakticky úplně stejné problémy a překážky, jevící se dnes stále jako nepřekonatelné. Posun v oblasti „mamutí" genetiky posledních let je nicméně pozoruhodný, dokonce snad ještě větší než v případě dinosaurů. Můžeme za to vděčit především skvěle zachovaným mamutím mršinám, získaným ze sibiřského permafrostu. Pokus naklonovat mamuta ohlásili již v 90. letech tradičně sebevědomí Japonci, kteří chtěli použít k experimentu pro donošení zárodku samici slona indického. Po tomto experimentu se však brzy slehla zem a má se za to, že se ukázal být opět příliš ambiciózním a z technických důvodů neproveditelným. Předpokládá se totiž, že není možné stvořit jen na základě dostupných materiálů životaschopné embryo.

Výrazný posun přišel až před dvěma roky. Vědecký týdeník Science zveřejnil v prosinci roku 2005 práci americko-kanadského týmu vedeného Hendrikem Poinarem z McMasterovy university v kanadském Hamiltonu. Poinarův tým tehdy ohlásil „přečtení" malé části mamutího genomu. Stejně jako krátce předtím tým německých genetiků, kteří izolovali asi třetinu mitochondriální DNA mamuta, také Poinarův tým izoloval DNA z kosti. Využil přitom dokonale zachovanou čelist starou 28 000 let, která se dochovala právě v sibiřském permafrostu. Vzorek této kosti získali Američané od ruských kolegů. V laboratořích Pennsylvania State University se z něj poté podařilo izolovat a následně také „přečíst" úseky o celkové délce 30 milionů písmen genetického kódu. To je zhruba 1% celého mamutího genomu. Jde o senzační úspěch, nicméně Poinar je přesvědčen, že DNA ve vzorku je zachovalá natolik, že dovolí přečtení celé mamutí dědičné informace. Tato mamutí DNA je však také vysoce poškozená a navíc je promísená se zlomky dědičné informace dalších organismů, především mikrobů žijících v půdě a také rostlin, jejichž zbytky se nacházely v blízkosti mamutích kostí. Vědci tedy museli izolovanou a přečtenou DNA „počítačově přesívat" tím, že pořadí písmen porovnávali s pořadím písmen u blízce příbuzných současných chobotnatců. Dědičná informace mamuta tvořila ve vzorku pouhou polovinu veškeré DNA.

Ani samotné přečtení mamutího genomu však zdaleka nestačí na znovuoživení mamuta. Genom nebude nikdy zcela kompletní a budou v něm četné chyby. Navíc dnes umíme na podkladě dědičné informace vytvořit jen jednoduché viry, např. virus španělské chřipky. Na podstatně složitější organismy (jako jsou bakterie) zatím umění genetiků a biologů ještě zdaleka nestačí. Z hlediska tohoto vědomí musíme tak bohužel na otázku kladenou v úvodu zatím odpovědět negativně. Budoucnost paleobiologie, nebo chcete-li – paleogenetiky – je však již z dnešního pohledu ohromující a konec cesty, na níž jsme teprve včera nastoupili, dnes ještě nemůžeme dohlédnout.

Vladimír Socha, 2007

Slovníček:

Genom – soubor všech genů v organizmu; také genový obsah chromozomů v jádře buňky

Paleontologie (z řeckých slov paleo = minulý + onta = existující věci a logos = nauka) je definována jako věda o historickém vývoji organismů v uplynulých geologických obdobích nebo jako věda o historickém vývoji živé přírody během celé geologické minulosti Země. Někdy je také nazývána historickou biologií.

Permafrost (angl. slovo vzniklé sloučením „permanent" a „frost(y)" , neboli stále zmrzlý) trvale zmrzlá půda, jde o půdu v polárních oblastech, která ani v létě nerozmrzá.