Lidský genom

Lidský genom je souhrn veškeré genetické informace zapsané v DNA uvnitř lidských buněk. Většina DNA se nachází uvnitř buněčného jádra a menší část v mitochondriích (tzv. mitochondriální DNA). V tělních buňkách se vyskytuje diploidní jaderný genom, což v praxi znamená, že každý gen je přítomen v buňce dvakrát (výjimkou jsou geny na pohlavních chromozomech u muže).

DNA byla poprvé identifikována v roce 1869 švýcarským lékařem Friedrichem Miescherem, a to v hnisu izolovaném z lékařských bandáží. O její funkci se však dlouho nic nevědělo. Pravou roli DNA jako nositelky genetické informace se podařilo s jistotou určit až v 50. letech 20. století. Ačkoliv se v oblasti genetiky začalo intenzívně bádat, správný počet lidských chromozomů (46) byl zjištěn až v roce 1955. Byla potvrzena role DNA ve vzniku některých onemocnění, takto byl například na chromozomu 4 v roce 1983 objeven gen, jenž může při svém poškození vyvolat Huntingtonovu chorobu. V roce 1987 vznikla první genetická mapa lidského genomu, jež dělila lidskou jadernou DNA na velké množství definovaných úseků (sekvencí). V roce 1990 byl spuštěn Human Genome Project, kladoucí si za cíl přečíst (osekvenovat) celou jadernou DNA člověka; tento projekt byl úspěšně završen v podstatě již v roce 2003. Nové geny se ale nacházely i po roce 2020. Do současnosti však již bylo osekvenováno několik genomů různých lidí, včetně biochemika Jamese Watsona, ale i několika osob, jež si tuto nákladnou proceduru zaplatily. Moderní metody sekvenace ovšem cenu dramaticky snížily a v současnosti je známa sekvence více než tisíce lidských genomů. Zatímco dříve byl počet lidských genů odhadován na 100 000, v současné době jsou kvalifikované odhady pětkrát nižší.

Lidé (Homo) se od evoluční linie šimpanzů (Pan), svých nejbližších příbuzných, oddělili před 5 až 7 miliony lety. Hlavní snadno viditelnou změnou je splynutí dvou chromozomů, čímž se počet chromozomů redukoval z 48 na 46, resp. v haploidním genomu z 24 na 23. Touto fúzí vznikl lidský chromozom 2. Z genetického hlediska se však liší genom šimpanze a člověka jen velmi málo: udává se, že je genetická informace z 95–99% zcela identická. Za některé rozdíly mezi genomem člověka a šimpanze jsou zodpovědné převážně genové duplikace a v menší míře i substituce v rámci jednoho nukleotidu (SNP). Proteiny kódované těmito geny se obvykle liší nanejvýš 1–2 aminokyselinami. Přesto existují i výjimky – některé studie zveřejňují seznamy genů, které se na cestě mezi šimpanzem a člověkem zásadně změnily. Mezi ně patří například lidský gen FOXP2, který, pokud je u člověka zmutován, způsobuje vážné vady řeči. To by mohlo znamenat, že se tento gen účastnil vývoje mezilidské komunikace. Do podobných souvislostí se dává i delece v genu MYH16, která způsobuje, že je u člověka jím kódovaný protein nefunkční, zatímco u ostatních primátů se tento protein možná podílí na vývoji kousacích svalů. Další pozměněné geny podle různých studií způsobují, že je člověk náchylnější či odolnější k různým nemocem.

V posledních několika letech byla zveřejněna i část genomu neandertálce (Homo sapiens neanderthalensis), a proto je možno činit srovnání moderního člověka s jeho poměrně blízkým příbuzným. Genom neandertálce je totiž podobný genomu moderního člověka z 99,5%. K oddělení linie vedoucí k modernímu člověku od linie neandertálské došlo pravděpodobně před asi 500 000 lety. Výše zmíněný gen FOXP2 je u neandertálců stejný, jako u moderního člověka.[34] Zdá se také, že byli podobně jako cca polovina současných lidí v dospělosti neschopní trávit laktózu.

I současné lidstvo však není geneticky uniformní, naopak se dají vysledovat různé linie, označované v populační genetice jako haploskupiny. Obvykle se z tohoto hlediska zkoumá chromozom Y (viz heslo Adam chromozomu Y), případně mitochondriální DNA (viz mitochondriální Eva). Byly vystopovány jednotlivé varianty těchto částí genomu. Například je známo, že Abraham Lincoln pocházel z haploskupiny R1b1c, byl tedy zřejmě příbuzný například irskému středověkému králi Niallovi Noigíallachovi (rovněž haploskupina R1b).

Co se týká odlišnosti člověka od méně příbuzných druhů živočichů, i tam se dá najít značná podobnost. V lidském genomu bylo nalezeno několik stovek míst o délce více než 200 bp, které se na 100% shodují s genomem potkana a myši – tyto sekvence jsou zřejmě místa pro navázání speciálních transkripčních faktorů.

Lidská jaderná DNA se skládá v haploidním stavu z asi 3,1–3,2 miliardy párů bází (tedy 3,2 Gbp). Kdyby se seřadila jednotlivá vlákna za sebe, byla by vzniklá řada dlouhá asi jeden metr.

Lidská jaderná DNA obsahuje 20–25 tisíc genů, což je mimochodem počet genů srovnatelný například s hlísticí Caenorhabditis elegans. Některé prameny udávají pouhých 18 000 genů. Počet nefunkčních genů (pseudogenů) představuje však dalších asi 20 000. Mimo to jsou navíc v lidském genomu roztroušeny poněkud záhadné geny kódující různé druhy malých RNA – např. bylo odhaleno 800 genů pro microRNA. Poměrně nízký počet genů je na druhou stranu efektivně využíván díky tzv. alternativnímu sestřihu (proces, v němž se z jednoho genu může vytvářet několik různých mRNA produktů) – alternativní sestřih se týká asi 35%∼60% genů. Je dále zajímavé, že nejmenší lidský gen má pouze 500 nukleotidů a kóduje jistý histon, největší gen má 2,5 milionu nukleotidů a kóduje bílkovinu dystrofin (nicméně 99% tohoto obřího genu tvoří introny). Lidský genom také ze značné části obsahuje endogenní retroviry.