Jak dlouhá je DNA v jedné lidské buňce? Skutečný rozměr genetického kódu

Když si představíte, že celý váš genetický kód je uložený v jedné buňce, která je menší než hrášek, přijde to nemožné. Ale je to pravda. V každé vaší buňce, která má jádro, je zapichnutá DNA délky přes 2 metry. Ano, dva celé metry - a to jen v jedné buňce. A vy máte přes 37 bilionů těchto buněk. Kdyby jste všechnu DNA z jednoho člověka natahli do jedné nitky, táhla by se až k Slunci a zpět přes 600krát.

Co je DNA a proč je tak dlouhá?

DNA je molekula, která obsahuje pokyny pro všechno, co se ve vašem těle děje: jak se budují svaly, jak funguje váš mozek, jak se vyrábí enzymy, jak reagujete na infekce. Tento pokynový systém je zapsaný jako řetězec čtyř chemických základů - adeninu, thyminu, cytosinu a guaninu. Tyto základy tvoří „písmena“ genetického kódu. Když je spojíte dohromady, vznikne dlouhý, šroubový řetězec - dvojitá šroubovice.

Proč je tedy DNA tak dlouhá? Protože má co říct. Lidé mají přibližně 3,2 miliardy párů základů v DNA. Každý pár je dlouhý jen 0,34 nanometru. Když to vynásobíte, vyjde přesně 2 metry. To je jako kdybyste do malého obyčejného stolního světla vložili kabel dlouhý jako fotbalové hřiště. A to je jen v jedné buňce.

Jak se to vejdou do tak malé buňky?

To je ta pravá kouzelná část. DNA by se nemohla vejít do buňky, kdyby byla jen tak volně roztáhlá. Ale přesně tohle je přesně to, co evoluce vymyslela - superkompaktní balení.

DNA se nejprve obaluje do bílkovin zvaných histony. Tyto histony fungují jako špulky - DNA se kolem nich závití, jako nitka kolem cívky. Takto vznikají struktury zvané nukleozómy. Každý nukleozóm obsahuje asi 147 párů základů DNA. Tyto nukleozómy se pak dále skládají do hustých vláken - chromatinu. A když se buňka připravuje na dělení, tyto vlákna se ještě více zkracují a zhušťují do viditelných chromozómů.

Člověk má 46 chromozómů. Každý je vlastně přesně složeným balíčkem jedné molekuly DNA. Když je všechny spojíte, dostanete tu slavnou dvojitou šroubovici, kterou znáte z obrázků v učebnicích. A všechno to se vejde do jádra, které je jen 5-10 mikrometrů široké - tedy asi 1000krát tenčí než lidský vlas.

Kolik DNA je ve všech buňkách lidského těla?

Stačí si to spočítat. Jedna buňka má 2 metry DNA. Lidé mají přibližně 37 bilionů buněk. Vynásobíte to: 2 metry × 37 000 000 000 000 = 74 biliony metrů. To je 74 miliard kilometrů.

Pro představu: jedna astronomická jednotka (AU) je vzdálenost Země od Slunce - přibližně 150 milionů kilometrů. 74 miliard kilometrů je tedy přes 493 AU. To znamená, že celá vaše DNA by se táhla od Slunce a zpět na Zemi přes 246krát. A to jen jednou. Když si představíte, že se vaše buňky dělí každý den, tak vaše tělo při každém dělení vytvoří nový kus DNA délky, který by stačil na cestu k Neptunu a zpět.

Proč je to důležité?

Tato úžasná kompaktnost není jen záhadou přírody - je základem života. Kdyby DNA nebyla schopná se tak efektivně balit, buňky by nemohly dělit, geny by se nevyjadřovaly správně, a tělo by se nemohlo udržet v rovnováze. Chyba v tomto balení může vést k rakovině, vrozeným vadám nebo rychlému stárnutí.

Genetici dnes studují, jak přesně se DNA skládá a jaké bílkoviny to řídí. Vědci z projektu ENCODE zjistili, že více než 80 % našeho genomu má nějakou funkci - ne jen ty malé kousky, které kódují bílkoviny. Zbytek řídí, kdy a jak se jednotlivé geny zapínají. To znamená, že DNA není jen kniha - je to inteligentní systém, který si sám říká, co dělat v každé buňce, v každém okamžiku.

Je DNA stejná ve všech buňkách?

Ano - a zároveň ne. Všechny buňky vašeho těla (s výjimkou krvních buněk bez jádra a vajíček) obsahují úplně stejnou DNA. Vaše buňka v játrech má stejný genetický kód jako buňka ve vašem mozku nebo v kůži. Rozdíl je v tom, které geny jsou zapnuté.

Představte si, že máte stejnou knihu - například Encyklopedii. Každá buňka má celou knihu. Ale buňka v oči si přečte jen kapitolu o světle a barvách. Buňka v játrech si přečte kapitolu o detoxikaci a metabolizmu. A buňka v mozku si přečte kapitolu o nervových signálech. Zbytek knihy je zavřený. Toto řízení se nazývá epigenetika. A je to klíč k tomu, jak z jedné DNA vznikne celé tělo s desítkami různých tkání.

Co se stane, když se DNA poškodí?

DNA není nezničitelná. Každá buňka denně zažívá tisíce poškození - od UV záření, chemikálií, radikálů nebo chyb při kopírování. Ale tělo má nástroje na opravu. Existují enzymy, které jako malí montéři prohledávají DNA a opravují chyby. Pokud se poškození překročí, buňka se sama zničí - to se jmenuje apoptóza. Je to jako bezpečnostní vypínač, který zabrání vzniku rakoviny.

Když tyto systémy selhají, může dojít k mutacím. Některé jsou neškodné, některé způsobují dědičné nemoci, jako je cystická fibróza nebo Huntingtonova choroba. Jiné se objeví později v životě a způsobují rakovinu. To je důvod, proč vědci studují DNA nejen jako informační systém, ale jako živý, dynamický a zranitelný orgán.

Je možné DNA vidět?

Ve své přirozené formě - ne. DNA je příliš malá na to, aby ji viděl lidský oči nebo i běžný mikroskop. Ale když ji extrahujete z buňky - například z červeného vína, banánu nebo vašich vlastních slin - a přidáte alkohol, začne se shlukovat do bílých, vláknitých struktur. To je ten moment, kdy se DNA stává viditelnou. Mnoho školních experimentů se toto dělá právě tak. Výsledkem je malý kousek bílého vlákna - to je vaše genetická minulost, přítomnost i budoucnost, vytáhnutá z buňky.

Co nám to říká o člověku?

Že jsme mnohem složitější, než si myslíme. Každá buňka je malý vesmír, kde se ve dvou metrech DNA uchovává kompletní návod na vytvoření celého člověka. A přitom všechno to funguje bez přestávky - od chvíle, kdy jste byli jedinou buňkou, až po dnešek. Věda je teprve na začátku toho, jak to všechno funguje. Ale jedno je jasné: nejde jen o chemii. Je to umění přírody, které se odehrává v každé buňce vašeho těla - každou vteřinu.