Veřejné přednášky nositelů Akademické prémie

Všechna fota: Stanislava Kyselová, Akademický bulletin

 

Nekovalentní interakce – teorie a aplikace v chemii a biodisciplínách

Pavel Hobza – Ústav organické chemie a biochemie AV ČR

 

Kovaletní interakce určují primární strukturu molekul. Fascinující 3D architektura biomakoromolekul je však podmíněna nekovaletními interakcemi působícími mezi stavebními bloky těchto systémů. Např dvouhelikální struktutra DNA, která je zásadně důležitá pro funkci DNA (uchování a přenos genetické infomace), je přednostně určena nekovalentními interakcemi mezi basemi nukleových kyselin. Struktura DNA musí být dostatečně pevná, aby zajistila správnou vzájemnou pozici komplementárních basí, ale současně také dostatečně slabá aby umožnila otevření helikální struktury nutné při přepisu genetické infomace. Silné kovalentní interakce nejsou tyto funkce schopny zajistit, zatímco o 2 řády slabši nekovalentní interakce tuto schopnost mají. Je zjevné, že zatímco kovalentní interakce hrají klíčovou roli v chemii,  nekovalení interakce jsou rozhodující v biodisciplínách. Teoretický popis nekovalentních  interakcí není snadný a patří bezesporu mezi nejkomplikovanější úkoly současné vědy.

 

  Genetické mechanismy vzniku nových druhů

Jiří Forejt – Ústav molekulární genetiky AV ČR

 

Život na Zemi existuje v diskontinuitních formách, jejichž základní jednotkou je species – druh. V roce 1859 Charles Darwin ve své knize O vzniku druhů přirozeným výběrem označil vývoj nových druhů jako “mystery of mysteries”. Novodobé chápání speciace přinesly práce Theodosia Dobzhanského (1900–1975), který je označován za zakladatele Moderní Syntézy, směru evoluční biologie zdůrazňujícím důležitost reprodukčně izolačních mechanismů pro omezení přenosu genů mezi blízkými druhy. Od třicátých let minulého století se díky experimentům Dobzhanského stala Drosophila (octomilka, ovocná muška) dominantním modelem pro studium genetiky mezidruhové reprodukční izolace. Pomocí tohoto modelu byla v dalších desetiletích objevena řada genetických zákonitostí, které mají obecný charakter, nicméně identifikace a klonování genů reprodukční izolace a zejména molekulární mechanismy odpovědné za neplodnost mezidruhových hybridů zůstávaly nejasné.

V roce 1974 jsme popsali sterilitu mezidruhových hybridů myší a mapovali jsme první gen hybridní sterility u savců, Hybrid sterility 1, Hst1. Práce ¹ je dodnes citována a uznávána za milník ve studiu hybridní sterility na modelu jiném než Drosophila. V letech 2007-2013, kdy byla naše práce podporována Akademickou premií, jsme v této oblasti výzkumu dosáhli několika významných úspěchů. V roce 2009 jsme jako první ve světě klonovali gen hybridní sterility u savců, který jsme identifikovali jako PR domain containing 9, Prdm9 ². Gen funguje jako metyltransferáza chromozomálního proteinu histonu H3 a jak bylo o rok později prokázáno v jiných laboratořích, účastní se procesu genetické rekombinace v pohlavních buňkách. Jiným zásadním příspěvkem, jehož platnost by mohla přesahovat hranice savčích druhů, bylo zjištění, že primárním mechanismem neplodnosti mezidruhových hybridních samců je neschopnost účinného meiotického párování a synapse chromozomů, pokud pocházejí z odlišných (pod)druhů ³. Porucha synapse působí autonomně (cis) v každém chromozomálním páru, ale její rozsah je modulován (trans) interakcí s Prdm9 a Hstx2 geny hybridní sterility. Na základě našich recentních poznatků jsme připravili pracovní hypotézu predikující možný význam rychle se divergující nekódující “junk” DNA pro vznik nových druhů. Nová funkce nekódující DNA by spočívala v kontrole synapse chromozomů a tím v zajištění následné reprodukční izolace blízkých druhů v průběhu speciace.