Institut pro výzkum genomů TIGR (The Institute for Genomic Research, 9712 Medical Center Drive, Rockville, MD 20850) [X1] je nezisková výzkumná instituce zabývající se strukturní, funkční a srovnávací analýzou genomů a genů virů, eubakterií, patogenních bakterií, organismů Archaea a eukaryontů (jak rostlin tak zvířat) včetně lidí. Institut sídlí v Rockville, ve velké metropolitní části Washingtonu, nedaleko Národního institutu zdraví (National Institutes of Health), Univerzity Johnse Hopkinse a dalších vědeckovýzkumných institucí. Institut má velkou laboratoř pro výzkum sekvencí bází DNA, moderní zařízení pro biochemii, molekulární biologii a biofarmaceutiku.

Institut pro výzkum genomů TIGR byl založen v červenci roku 1992 na základě grantu ve výši 85 miliónů dolarů na dobu deseti let. Pro svůj výzkum využívá vládních fondů a privátních grantů.

Za svou krátkou historii se stal důležitým výzkumným a vědeckým pracovištěm v oblasti lidské genetiky. Použitím nových technologií (metoda EST) bylo během jediného roku identifikováno zhruba 70 tisíc lidských genů. Institut se v rámci projektu Human Genome Project snaží zmapovat genetický kód jednotlivých genů.

Institutu se dosud podařilo úplně zmapovat genetický kód tří mikrobiálních genomů. Jedním z významných úspěchů Institutu pro výzkum genomů TIGR je kompletní zmapování genomu metanogenního organismu Methanococcus jannaschii, který je považován za dosud neznámou vývojovou formu života. [X2]
 

V roce 1982 v Tichém oceánu v hloubce 2600 metrů byl objeven primitivní anaerobní organismus Methanococcus jannaschii. Studium uložení genetické informace v buňce tohoto organismu ukázalo, že jde o třetí základní formu života.

Podle uložení genetické informace v buňce se rozlišují dvě základní formy. První forma, Procaryonta, neobsahuje buněčné jádro a genetický materiál je uložen volně v buňce. Druhá forma, Eucaryonta, má genetický materiál uložen v buněčném jádru, které je soustavou membrán odděleno od okolní cytoplasmy.

Paleontologové se domnívají, že Eukaryonta jsou asi o dvě miliardy let mladší než Procaryonta.

Mezi Eukaryonta patří jak jednobuněční prvoci [Protozoa], tak všechny mnohobuněčné organismy rostlinné a živočišné říše.

Výzkum organismu Methanococcus jannaschii prokázal, že jeho buňka nemá buněčné jádro. Genetický materiál je uložen v jediném velkém kruhovitém chromosomu a kromě něj v buňce existují ještě dva menší cirkulární genetické úseky uložené vně chromosomu.

Veškerá dědičná informace organismu Methanococcus jannaschii je tvořena 1,66 miliónem dvojic purinových a pyrimidinových bází, které kódují genetickou informaci (viz příloha 1) v 1682 genech. V prvním genetickém úseku mimo velký chromosom bylo nalezeno 44 genů a ve druhém úseku bylo nalezeno 12 genů.

Tým vědců Institutu pro výzkum genomů TIGR v letech 1995 a 1996 úplný popis genetické informace dvou druhů baktérií. Protože se podařilo získat popis genetické informace organismu Methanococcus jannaschii, bylo možno provést srovnávací studii. [X2], [8]

Geny člověka jsou tvořeny pouze třemi procenty genetické informace obsažené v jeho buňkách. Zbytek informace je shodný s nižšími organismy, jako je např. moucha octomilka [Drosophilla melanogaster]. V nervových buňkách člověka byly objeveny geny, které máme společné nejen s mouchou octomilkou, ale také s rýží nebo ječmenem. Naproti tomu u organismu Methanococcus jannaschii 56% jeho genů se nevyskytuje u žádných jiných organismů a tvoří vlastní informaci tohoto organismu.

Primitivní eubakterie Hemophilus influenzae obsahuje pouze 22% genů s vlastní informací. Ostatní geny lze nalézt u jiných forem života. Část genů organismu Methanococcus jannaschii zcela určitě souvisí s jeho zvláštním způsobem života v hlubinách oceánu v okolí žhavých proudů lávy. Methanococcus sice nemá buněčné jádro, ale obsahuje geny různých řídících funkcí v buňce s buněčným jádrem. Proto je představitelem třetí formy života, označované jako Archea.

Vědcům týmu TIGR se poprvé podařilo popsat celou dědičnou informaci organismu, který všechny své stavební a energetické látky získává z anorganických sloučenin bez přítomnosti kyslíku. Tím se evoluční biologové přiblížili k možným počátkům větvení evolučního kmene živých organismů.

Nedávno byly v Grónsku nalezeny formy života, které jsou starší než 3,8 miliardy let. Methanococcus žije přitom ve fyzikálních podmínkách, o nichž jsme dříve předpokládali, že existenci života vylučují. To umožňuje exobiologům pomýšlet na podobné formy života někde ve vesmíru.
 

Carl R. Woese, profesor mikrobiologie, v roce 1950 vystudoval matematiku a fyziku na Amherst College, doktorát za biofyziku získal v roce 1953 na Yaleské univerzitě, v letech 1953 až 1960 absolvoval postdoktorandské studium biofyziky a v letech 1960 až 1963 působil jako v General Electric Research Laboratory jako biofyzik. [X3], [M1]

Woese o sobě říká, že je evolučním molekulárním biologem. Předmětem jeho práce je výzkum baktérií a organismů Archaea, které se na Zemi objevili asi před 4,5 miliardami let.

Před asi 40 lety začal Woese řešit jeden ze zásadních problémů mikrobiologů, jak od sebe rozlišit jednotlivé druhy baktérií. Napadlo ho, že řešení by mohla nabídnout ribosomální ribonukleová kyselina RNA. Ribosomy v buňkách slouží k tvorbě proteinů. Ribosomální RNA se svojí strukturou podobá molekule DNA s tím, že místo desoxyribosy zde vystupuje ribosa a místo báze thyminu zde vystupuje báze uracyl.

Carl R. Woese použil ribosomální RNA jako evoluční měřítko pro rekonstrukci fylogenetického vývoje a baktérií a organismů Archaea a pokusil se vytvořit fylogeneticky správnou klasifikaci eukaryontů. Objev organismů Archaea v roce 1976 byl v podstatě výsledek jeho vědecké práce. Woese zjistil, že jejich ribosomální RNA neodpovídá ani baktériím, ani eukaryontním organismům. Tím objevil třetí vývojovou větev života, kterou označil Archaea.

Woese při své práci použil enzymy, pomocí nichž rozdělil řetěz ribosomální RNA na různě dlouhé části. Z nich pak usuzoval na vzájemnou příbuznost různých mikroorganismů. V praxi to ovšem znamenalo více než deset let prohlížet každý den stovky filmů s malými různě uspořádanými skvrnami a hledat v jejich uspořádání rozdíly a podobnosti.

Carl R. Woese byl ve své práci prakticky zcela osamocen. Jeho postup byl nesmírně pomalý, nudný a pracný. Autority v oblasti molekulární biologie ho považovali přinejmenším za podivína. Jeho objev ale změnil pohled na celou evoluční biologii a odráží se dokonce i ve filozofii (viz příloha 2).

Skupina Archaea je tvořena jedinečnými organismy. Jako prokaryonty v cytologickém smyslu jsou mnohem blíže k eukaryontům než k baktériím. Jde o jednoduché organismy, které by mohou pomoci v naší snaze porozumět evoluci eukaryontní buňky. Navíc tyto organismy nám umožní lépe si představit, jak život na Zemi vznikl. Navíc jde o metanogenní organismy, které žijí v místech s extrémně vysokými teplotami (v některých případech vyšších než 100 stupňů Celsia).

    Příloha 1.

Nositelem genetické informace v buňkách všech organismů jsou ribonukleové kyseliny.

Dusíkaté báze (přesněji purinové a pyrimidinové báze) jsou základem ribonukleových kyselin, které jsou nositelem dědičnosti v živých organismech.

Nosnou kostru ribonukleových kyselin zajišťují deriváty glycidů ribosa a desoxyribosa. Pro zápis vzorců glycidů se používají Howarthovy cyklické vzorce (šestičlenné nebo pětičlenné).

Ribonukleové kyseliny (RNA) obsahují v nosné kostře ribosu, desoxyribonukleové kyseliny (DNA) obsahují desoxyribosu. DNA obsahuje dusíkaté báze adenin, guanin, cytosin a thymin, RNA obsahuje dusíkaté báze adenin, guanin, cytosin a uracil.

Desoxyribonukleová kyselina (DNA) má následující chemickou strukturu složenou z glycidu desoxyribosy, fosfátového zbytku a dusíkaté báze (pořadí dusíkatých bází určuje genetický kód a může být libovolné).

    Příloha 2. [X4]

Literatura:

[1] Koukolík, František; Koubský, Pavel: Šimpanz a vesmír. O hvězdách, atomech, životě a vědcích. Vyšehrad, Praha 1998 ISBN: 80-7021-204-7

[2] Nature 383, 1996, str. 299

[3] Nature 384, 1996, str. 21

[4] Nature 384, 1996, str. 55

[5] Science 269, 1995, str. 496

[6] Science 270, 1995, str. 397

[7] Science 272, 1996, str. 481

[8] Complete genome sequence of the methanogenic Archaeon, Methanococcus jannaschii. Bult, C.J., White, O., Olsen, G.J., Zhou, L., Fleischmann, R.D., Sutton, G.G., Blake, J.A., FitzGerald, L.M., Clayton, R.A., Gocayne, J.D., Kerlavage, A.R., Dougherty, B.A., Tomb, J.-F., Adams, M.D., Reich, C.I., Overbeek, R., Kirkness, E.F., Weinstock, K.G., Merrick, J.M., Glodek, A., Scott, J.L., Geoghagen, N.S.M., Weidman, J.F., Fuhrman, J.L., Nguyen, D., Utterback, T.R., Kelley, J.M., Peterson, J.D., Sadow, P.W., Hanna, M.C., Cotton, M.D., Roberts, K.M., Hurst, M.A., Kaine, B.P., Borodovsky, M., Klenk, H.-P., Fraser, C.M., Smith, H.O., Woese, C.R., and Venter, J.C., Science, 273: 1058-1073 (1996).

[9] Science 276, 1977, str. 699

[X1] The Institute of Genomic Research

[X2] The Methanococcus jannaschii Genome Database

[X3] Carl R. Woese

[X4] Evoluční strom podle Carla R. Woeseho

Další odkazy:

* Woese, C.R. (1987). Bacterial Evolution. Microbiol. Rev. 51:221-271.

* Woese, C.R. & R.R. Gutell (1989). Evidence for several higher order structural elements in ribosomal RNA. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 86:3119-3122.

* Woese, C.R., O. Kandler, & M.L. Wheelis (1990). Towards a natural system of organisms: Proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:4576-4579.

* Olsen, G.J., & C.R. Woese (1993). Ribosomal RNA: a key to phylogeny. FASEB. J. 7:113-123.

* Bult, D.J., O. White, G.J. Olsen, et al., and C.R. Woese (1996) Complete genome sequence of the methanogenic archaeon, Methanococcus jannaschii. Science 273:1058-1073.

* Olsen, G.J. and C.R. Woese (1996) Lessons from an archaeal genome: what are we learning from Methanococcus jannaschii.? Trends in Genetics 12:377-379.

* Woese, C.R. (1996) Whither Microbiology? Current biology 6:1060-1063.

časopis o přírodě, vědě a civilizaci