Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Komu hrozí kurděje

aneb Přežili jsme ztrátu životně důležitého genu
Publikováno: Vesmír 80, 497, 2001/9
Obor: Genetika

Jestliže člověk delší čas trpí nedostatkem C-vitaminu, dostane kurděje (skorbut). Na rozdíl od většiny živočichů totiž neumíme syntetizovat vitamin C ve vlastním těle a jsme závislí na jeho příjmu v potravě. Čím je to způsobeno? Člověku chybí důležitý enzym L-gulonolaktonoxidáza, bez nějž přeměna glukózy ve vitamin C nemůže proběhnout. Chybí mu proto, že má poškozený gen pro jeho tvrobu. Nedal by se poškozený lidský gen v lidském genomu nahradit genem pro gulonolaktonoxidázu některého zvířete?

Vitamin C zná dnes každý. Víme, že posiluje celkovou obranyschopnost lidského organizmu proti nemocem a chrání před nežádoucími účinky kyslíku. Kurděje, nemoc z nedostatku C-vitaminu (viz Vesmír 72, 297, 1993/5), dnes už známe jen z literatury a z filmů s námořnickou, zlatokopeckou či vězeňskou tematikou. Dlouho byly považovány za chorobu výlučně lidskou. Je pravda, že pro většinu obratlovců skutečně není vitamin C (tj. kyselina L­askorbová) nezbytnou složkou potravy, dokážou jej vyrobit sami. Biosyntéza této kyseliny (viz obr. 1) je odbočkou jedné z větví pentózového cyklu, který podle potřeb organizmu zajišťuje přeměnu hexóz v pentózy a naopak. Pentózový cyklus máme funkční. Chybí nám ale enzym L­gulonolaktonoxidáza, který přeměňuje jeden z meziproduktů tohoto cyklu (gulonolakton) v kyselinu L­askorbovou.

Proč má gulonolaktonoxidázu jen někdo?
Enzymologické studie v šedesátých a sedmdesátých let minulého století nejen prokázaly aktivitu gulonolaktonoxidázy u většiny suchozemských obratlovců, ale také nalezly živočichy, kteří kyselinu askorbovou neprodukují buď vůbec, nebo jen málo. Vitamin C si nedovede vyrobit žádný z antropoidních primátů. Letouni mají aktivitu gulonolaktonoxidázy asi padesátkrát nižší než potkani, u některých netopýrů a kaloňů nebyla vůbec nalezena. Nemají ji ani někteří pěvci, např. ťuhýci, vlaštovky, mlynaříci a bulbulové (čel. Pycnonotidae). Další pěvci (vrabci, drozdi, vrány) a všichni ostatní ptáci gulonolaktonoxidázu mají.

A. Nandi a I. B. Chaterjee srovnávali aktivitu superoxiddismutáz (enzymů, působících rovněž jako antioxidanty) a gulonolaktonoxidázy u ryb, obojživelníků, plazů a savců. Zatímco aktivita superoxiddismutáz byla nevýrazně odstupňována od ryb přes obojživelníky k plazům žijícím ve vodě, suchozemští plazi měli oproti rybám dvojnásobnou aktivitu superoxiddismutáz, savci produkující kyselinu askorbovou trojnásobnou, a savci neprodukující kyselinu askorbovou dokonce osminásobnou. Úplně nejvyšší aktivitu gulonolaktonoxidázy měli však obojživelníci. 1) O tato fakta Nandi a Chaterjee opřeli kontroverzní hypotézu, že biosyntéza vitaminu C vznikla u raných suchozemských obratlovců jako obrana vůči oxidačním účinkům ovzduší. Tento výklad vyvolal polemiku.

Kostnaté ryby gulonolaktonoxidázu postrádají a vitamin C si vyrobit nedovedou, mnohé jej ale potřebují dostávat v potravě. Je tedy možné, že jejich předkové kdysi vitamin C syntetizovat uměli. Navíc se gulonolaktonoxidáza nečekaně našla v jeseteru a mořské mihuli. Obratlovci zřejmě znali vitamin C dávno předtím, než je napadlo vylézt na vzduch.

Kdy jsme o gulonolaktonoxidázu přišli?
Všichni obratlovci, kteří syntetizují kyselinu askorbovou, k tomu využívají gulonolaktonoxidázu. Přitom taxony, které tuto schopnost postrádají, jsou na fylogenetickém stromu rozmístěny v několika oddělených skupinách. Pokud náš vzdálený předek (tak dávný, že je i předkem mihule) již uměl vitamin C vyrobit, muselo ke ztrátě této schopnosti dojít několikrát nezávisle na sobě. Před časem Morimitsu Nishikimi prokázal příbuznost žabí, slepičí a králičí gulonolaktonoxidázy a nedávno se mu podařilo zmapovat gen pro gulonolaktonoxidázu u potkana, člověka, několika dalších primátů a morčete. 2) V lidském genomu byl nalezen úsek, který je s potkaním genem homologní. V něčem potkanímu genu odpovídá, ale hodně toho v něm chybí. Stejnou „trosku“ mají ve svém genomu i šimpanz, orangutan a makak, liší se jen některými bodovými mutacemi. Shody a odlišnosti mezi jednotlivými mutacemi odpovídají naší představě o stupni vzájemné příbuznosti člověka a ostatních primátů. Různí autoři odhadují, že k poškození genu retrovirem došlo u společného předka člověka a všech opic někdy před 70–45 miliony let.

Genom morčete obsahuje jiné pozůstatky genu pro gulonolaktonoxidázu. 3) Fungovat tento gen přestal přibližně před 20 miliony let – morče tedy přišlo k své závislosti na vitaminu C jindy a jinak než my. Ještě větší vzdálenost nás dělí od netopýra, ťuhýka a pstruha. Jejich příběhy se od toho našeho liší, jedno však máme společné: Jsme vinou některých vlivů zranitelnější než „ti druzí“, ale neprohráli jsme. Spoluurčuje to naše nároky na složení potravy. Dovedli jsme se přizpůsobit, ba dokonce jsme se dokázali (až na morče) rozvinout ve velké množství druhů. Ztrátu životně důležitého genu jsme přežili!

Nedá se poškozený gen opravit?
Nahlíženo z určitého úhlu, je závislost na vitaminu C dědičnou chorobou, kterou trpí 100 % populace. Známe už její příčinu a dovedeme si představit, jak by se dala odstranit.

Potkaní gen pro gulonolaktonoxidázu se zatím podařilo přenést morčeti a akvarijním rybkám medakám (Orizias latipes). Potkaní gen fungoval, morče i rybičky produkovaly vitamin C. Jedna ze čtyř medak tu schopnost přenesla i na potomstvo. Stejný gen vnesený do duhového pstruha ale nefungoval – enzym se netvořil a vitamin C nevznikal.

Většina hospodářských zvířat (až na ryby) se bez vitaminu C v potravě obejde a vylepšování lidského genomu je pro nás zatím tabu. Nevíme ostatně, co všechno by se mohlo stát s organizmem nastaveným na život v relativním nedostatku kyseliny askorbové, kdyby se po desítkách milionů let měl zase adaptovat na možnost vlastní produkce. Navíc z naší potřeby vitaminu C v potravě vyplývá nesmírné množství sociálních, kulturních a ekonomických vazeb. Bude dobré si všechno velmi důkladně prostudovat a promyslet, dříve než začneme uvažovat o nápravě následků jedné dávné retrovirové infekce.

Literatura

G. L. Wheeler, M. A. Jones, N. Smirnoff: The biosynthetic pathway of vitamin C in higher plants, Nature 393, 365–368, 1998

Poznámky

1) Tak mě napadlo – když dojdou citrony, polykejte žáby.
2) Potkaní gen se skládá z 12 exonů a 11 intronů – a v lidském genomu byl nalezen úsek, který je s ním homologní. V něčem odpovídá, ale hodně toho v něm chybí. Odpovídá exonům VII, IX, X, a XII, chybějí exony VIII a XI. Ve zbývajících úsecích je řada mutací, dva stop-kodony, občas je vsunuto něco cizího, jinde kus DNA chybí. Mezi exony X a XII jsou místo exonu XI dvě Alu-sekvence, které pocházejí z retrovirové DNA.
3) Chybějí mu exony I a V, 84 bází z exonu VI a ve zbylé části genu je množství bodových mutací.

Vitamin C V DATECH

O možnosti chránit se před kurdějemi dietou vědí lékaři od 18. století.

1754

K čemu potřebujeme kyselinu askorbovou

Kyselina askorbová je důležitou složkou mnoha oxidačně-redukčních reakcí v organizmu. V některých funkcích ji mohou nahradit jiné antioxidanty, v jiných je patrně nezastupitelná. Je nezbytným kofaktorem enzymů, které oxidují prolinové skupiny bílkovin na hydroxyprolinové. Bez této posttranslační modifikace jsou molekuly kolagenu

Soubory

Článek ve formátu PDF: 2001_V497-499.pdf (408 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky