Co to je regulace genové exprese? Představte si geny v buňce jako plány na údržbu města, jež si je schopno ze základních zdrojů vyrobit vše, co potřebuje. Jeden gen tak může sloužit k výrobě hřebíků, jiný produkuje střešní tašky. Pro to, aby buňka správně fungovala a neprodukovala najednou příliš mnoho či naopak příliš málo součástek, má k dispozici systém, který spouští a tlumí jejich produkci na základě potřeby. Odborně se mu říká regulace genové exprese. Má doktorská práce, jejíž stěžejní část je publikovaná v časopise Nature Ecology & Evolution, se zabývá tím, jak přirozená selekce formuje genovou expresi. Zatímco díky rozluštěnému genetickému kódu jsme schopni na základě DNA sekvence poměrně přesně říct, zda změna v genu způsobí změnu ve výsledném produktu, u genové exprese ještě nejsme tak daleko. A to i přesto, že se jedná o velmi důležitý proces. Když totiž organismus není schopen použít své geny ve správný čas a správné intenzitě, může to vést i k jeho zániku.
Co jsem zjistila? Výsledky prezentované v tomto článku ukázaly, že většina z námi studovaných genů je přírodní selekcí formována tak, aby buňka dokázala dosáhnout značných rozdílů v množství produkovaných “součástek” pokud se podmínky mění. Tedy k takzvané vysoké plasticitě genové exprese. Zároveň jsme pozorovali selekční tlak na co nejmenší rozdíly v genové expresi mezi identickými buňkami. Pokud budeme pokračovat v metafoře o údržbě města, můžeme říct, že všechna města s totožnou rozlohou a zástavbou (a tedy i plány) se budou navzájem velice podobat ve velikosti produkce součástek, pokud řeší identický problém. V zimě s náledím budou všechna produkovat stejné množství štěrku na posyp a když udeří vichřice a poničí srovnatelné části měst, budou chrlit podobné množství střešních tašek. Hypotéza, že přírodní selekce formuje genovou expresi k vysoké plasticitě a malým rozdílům mezi geneticky identickými buňkami, existuje již delší dobu a byla podpořena i matematickými modely. Abychom si však mohli být jistí, zda to takto opravdu v přírodě funguje, je nutné hypotézy i modely experimentálně ověřit. Náš výzkum jako první dokázal, že tomu tak u nemalé části genů opravdu je.
K čemu je to dobré? Těchto poznatků a zkušeností nyní využívám při studiu komplexnějších vztahů v přírodě, konkrétně ve výzkumu vztahu rostlin a jejich patogenů. Během interakce hostitele s patogenem dochází k velkým změnám v regulaci jak imunitních genů na straně rostliny, tak genů chránících daný patogen před hostitelským imunitním systémem. Naše výsledky mohou prakticky pomoci i v odvětví syntetické biologie, kde se vědci snaží přimět buňky tvořit něco, co dosud neumí. K úspěchům v tomto oboru patří například výroba inzulinu pro lidi s cukrovkou, který je dnes už běžně produkován bakteriemi. Právě adekvátní aktivita a stabilita exprese cílových genů v různých podmínkách je jednou z hlavních výzev syntetické biologie. Inspirace tím, jak se toho docílí přírodní selekcí, tak může být velice užitečná.