Ve dvacátých letech 20. století pracoval americký zoolog Theophilus Painter ve své laboratoři na Texaské univerzitě v Austinu a pokoušel se odhalit tajemství pohlavních chromozomů rozřezáváním varlat lidí, vačic a dalších zvířat. Dokonce zašel tak daleko, že vynalezl speciální nůž vyrobený z několika žiletek, aby mohl lépe krájet tenké řezy testikulární tkáně a zachovat detailní strukturu buněk a chromozomů uvnitř vyvíjející se spermie.
Uvědomil si, že nikdo definitivně neprokázal, kolik chromozomů má člověk, a tak se pustil do prohledávání řezů lidských varlat pod mikroskopem a snažil se spočítat chromozomy ve spletité mase chromatinu.
V roce 1923 své výsledky publikoval. Sperma obsahovalo 24 chromozomů, takže pokud jich stejný počet pochází z vajíčka, pak lidé musí mít celkem 48 chromozomů, 24 párů.
Další vědci byli zmateni. Někteří se domnívali, že lidé mají 19 párů chromozomů. Jiní si byli jisti, že jich je 23 párů. Painter byl ale naprosto přesvědčen, že má správný počet a že jich našel víc než všichni ostatní, takže možná jen nepočítali dost pečlivě nebo jejich buňky cestou nějak ztratily pár chromozomů?“
Vznikly knihy a výukové materiály, které ukazovaly Painterovy chromozomy, označené magickým číslem 24.
Painterovy chromozomy byly označeny magickým číslem 24. A tak to bylo. Lidé mají 48 chromozomů, 24 párů, a tím to končí.
Ale něco se mi nezdálo. O třicet let později se vědci z univerzity v Lundu na jihu Švédska rozhodli pátrat.
Gumami tohoto vědeckého případu byli Albert Levan a Joe-Hin Tjio – šlechtitel rostlin a nadšený fotograf narozený v Indonésii v roce 1919, který byl za druhé světové války vězněn a mučen Japonci. Při hledání nového života přišel Tjio do Evropy, aby pokračoval ve svém zájmu o genetiku rostlin, a tak se dostal do spolupráce s Levanem při řešení záhady chybějících lidských chromozomů.
V průběhu 30. let 20. století vyvíjel Levan nové techniky pro studium poškozených chromozomů v kořenech rostlin, které byly vystaveny toxickým chemikáliím, ale pak si všiml neobvyklé podobnosti s poškozenými chromozomy, které byly často pozorovány u rakovinných buněk. Založil laboratoř v Lundu a zaměřil se na pochopení toho, jak mohou poškozené chromozomy přispívat ke vzniku rakoviny u lidí, a na pomoc si přizval Tjio.
Ale abychom pochopili, co se stane, když se něco pokazí, musíme vědět, co se stane, když se něco pokazí.
Do té doby nikdo nezpochybňoval, že Painterovo magické číslo 48 lidských chromozomů může být chybné, ale Levan a Tjio se rozhodli, že si to pro jistotu ještě jednou ověří, aby měli jistotu, že jejich srovnání s rakovinnými buňkami je správné.
Za uplynulých 30 let došlo k několika technickým pokrokům. Jedním z nich bylo vložení buněk do velmi zředěné tekutiny, aby nabobtnaly a rozprostřely své chromozomy pro snadnější počítání. Dalším byl Levanův průkopnický nápad použít kolchicin – chemickou látku vyráběnou v krokusech – která zastavuje buňky během procesu dělení právě v okamžiku, kdy jsou jejich chromozomy úhledně zhuštěné a spárované.
Další faktor byl spíše praktický než technický. Až do té doby byly jediné buňky, které spolehlivě rostly v laboratoři, odebrány ze vzorků rakoviny, takže se nehodily pro počítání správného počtu chromozomů ve zdravých buňkách. Buňky odebrané ze zdravé dospělé tkáně příliš nerostly ani se nemnožily, což znemožňovalo vidět kondenzované chromozomy, které jsou přítomny pouze během buněčného dělení.
Švédsko však bylo jednou z mála zemí, kde byly potraty legální, takže Levan a Tjio dokázali sehnat lidské embryonální buňky, které v laboratoři snadno rostly, a vytvořili tak spolehlivou zásobu rychle se dělících zdravých buněk s normálním počtem chromozomů.
Pódium pro velký počet chromozomů bylo připraveno.
První náznak, že magické číslo by mohlo být 46, nikoli 48, ve skutečnosti přišel od Levanových a Tjiových kolegů z Lundu, Evana a Yngveho Melanderových. Ti pozorovali rychle rostoucí buňky v jaterních buňkách embrya, namačkané na skleněná sklíčka, a byli přesvědčeni, že Painterův původní počet je chybný. Z nějakého důvodu se však rozhodli nepublikovat a místo toho o svém objevu informovali Levana, aby jeho tým mohl pokračovat v bádání.
Po celý rok 1955 Levan i Tjio tolik cestovali, že je těžké pochopit, jak si našli čas na nějaké experimenty, ale Tjio měl ve zvyku pracovat přes noc a využíval svých fotografických schopností k pořizování vysoce kvalitních fotografií chromozomových preparátů z embryonálních plicních buněk. A 22. prosince 1955 ve dvě hodiny ráno pořídil Tjio svůj rozhodující snímek, na němž bylo jasně vidět 46 chromozomů.
Po prohlédnutí dalších asi 250 buněk, všechny se stejným počtem, se pravdě nedalo vyhnout. Levan a Tjio publikovali své výsledky počátkem roku 1956, po krátké tahanici o autorství článku, a opravili tak chybu, která přetrvávala více než tři desetiletí.
Považuji za úžasné, že i když Rosalind Franklinová a její postgraduální student Ray Gosling pořizovali v roce 1952 fotografii, která měla sloužit k odhalení struktury DNA, nikdo neznal správný počet chromozomů v lidském genomu.
Je to působivý příklad vědeckého skupinového myšlení. Přestože si ostatní skupiny byly jisté, že správný počet je 46, Painterovi se podařilo přesvědčit všechny ostatní, aby věřili spíše jemu než důkazům na vlastní oči. Několik dalších vědců, kteří publikovali práce podporující tvrzení o počtu 48, muselo ustoupit a přiznat, že se mýlili.
Jak upozorňuje Peter Harper v přehledu ohlížejícím se za ságou počtu chromozomů: „Jedná se o důležitý obecný problém pro vědu, protože ukazuje, jak při nejistotě vyplývající z nedostatečné technologie před studií z roku 1956 může do zdánlivě nestranné analýzy vstoupit pozoruhodná míra subjektivity, pozdější studie se snaží souhlasit s dříve přijatými závěry, i když to fakta neopravňovala.“
Zveřejnění správného počtu lidských chromozomů – spolu se zdokonalenými metodami jejich přípravy tak, aby byl každý z nich jasně viditelný, připravilo půdu pro moderní vědu o lidské cytogenetice.
V dnešní době vysoce výkonného sekvenování DNA se na to snadno zapomíná, ale po dlouhou dobu bylo jediným způsobem, jak studovat nemoci, jako je rakovina, které jsou způsobeny genetickými přestavbami a mutacemi, podívat se přímo na samotné chromozomy.
Vědci vyvinuli techniky pro studium vnitřní struktury chromozomů, odhalování přestaveb a změn, které vedly k nemocem. Nejdříve to bylo G-banding – použití speciálního barviva známého jako Giemsa, které se raději přilepí na části DNA, které jsou obzvláště bohaté na As a Ts. Pečlivým pozorováním změn ve vzorcích pruhů na chromozomech se vědci mohli začít orientovat v chromozomálních změnách, které jsou základem rakoviny a dalších onemocnění.
Následujícím krokem byla fluorescenční hybridizace in situ neboli FISH – způsob zvýraznění specifických genů pomocí jasně zbarvených sond. A poté přišla spektrální karyotypizace, která každý chromozom zbarvila jinou barvou, aby odhalila genetický chaos v rakovině.
První specifickou chromozomální změnou, která byla zaznamenána v rakovinných buňkách, byla podivná strnulá struktura, které si poprvé všimli v roce 1959 David Hungerford a Peter Nowell ve Filadelfii. Tento nepatrný filadelfský chromozom, jak se mu začalo říkat, se trvale objevuje u chronické myeloidní leukemie a vzniká, když se prohodí části chromozomů 9 a 22. Snaha zaměřit se na hyperaktivní rakovinotvorný gen náhodně vzniklý touto fúzí vedla k vývoji přípravku Glivec – pravděpodobně jednoho z nejúspěšnějších léků proti rakovině, jaký byl kdy vynalezen.
V roce 1959 Jerome Lejeune a Marthe Gauthier odhalili svůj objev, že Downův syndrom je způsoben nosičstvím jedné kopie chromozomu 21 navíc, tzv. trisomií – poprvé tak bylo onemocnění jako Downův syndrom spojeno s chromozomálními abnormalitami. Je to také další příběh ženy, jejíž přínos vědě byl přehlížen, protože Marthe tvrdí, že vykonala většinu práce a byla první osobou, která objev učinila, zatímco Jerome si připsal zásluhy. Ale to je příběh na jindy.
Nakonec vás zanechám se slovy Alberta Levana, který řekl, že poté, co strávil 50 let svého života pozorováním lidských chromozomů, je považoval za své přátele.
Odkazy a další literatura:
-
Theophilus Painter: První kroky k pochopení lidského genomu FRANK H. RUDDLE. JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY 301A:375-377 (2004)
-
Theophilus Painter biografie, The Embryo Project Encyclopedia
-
Objevení počtu lidských chromozomů v Lundu, 1955-1956. Harper PS. Hum Genet. 2006.
-
ČÍSLO CHROMOSOMU ČLOVĚKA, JOE HIN TJIO ALBERT LEVAN Vydáno poprvé: Květen 1956 https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x
-
Padesáté výročí trizomie 21: návrat k objevu. Marthe Gautier a Peter S. Harper. Hum Genet (2009) 126:317-324
-
Obrázek licencován z Envato
.