DNA jebiologická makromolekula –polymer vpodobě řetězcenukleotidů. Nukleotidy jsou vždy složeny zcukrudeoxyribózy,fosfátové skupiny a jedné ze čtyřnukleových bází. Informační funkci mají právě báze, jimiž může býtadeninA,guaninG,cytosinC nebothyminT. První dvě patří mezipuriny, zbylé mezi tzv.pyrimidiny. Dvě vlákna DNA se často spojují a vytvářejídvoušroubovici, jejíž tvar je tak slavný, že se stal kulturní ikonou moderní doby.[1] Dvoušroubovici DNA tvoří dvě navzájem spletenéšroubovice, každá mířící opačným směrem (jsou antiparalelní). Mezi protilehlými bázemi obou vláken se vytvářejívodíkové můstky, ato tři mezi guaninem a cytosinem nebo dva mezi adeninem a thyminem. Existují i jiné způsoby uspořádání řetězců, vymykající se tradiční představě dvoušroubovice.
Deoxyribonukleová kyselina je středem zájmu vědců nejen zbiologických oborů a byly vyvinuty promyšlené techniky její izolace, separace, barvení,sekvenování, umělé syntézy a manipulace sní pomocí metodgenového inženýrství. Všechny tyto postupy jsou důležité i pro lékaře, kriminalisty či evoluční biology – DNA je zásadním materiálem vdiagnostice nemocí,testech otcovství, přivyšetřování zločinů, přípravě plodin snovými vlastnostmi či třeba hledání příbuzenských vztahů mezi organismy.
Deoxyribonukleová kyselina byla popsána roku1869, kdy švýcarský lékařFriedrich Miescher zkoumal složeníhnisu znemocničníchobvazů. Zjader bílých krvinek přítomných vtomto hnisu získal jisté množství nukleových kyselin, které souhrnně nazývalnuklein.[2] Na počátku20. století Phoebus Levene rozpoznal, že DNA se skládá zcukrů, fosfátů a bází.[3]
Přítomnost nukleových kyselin, tedy DNA a RNA, je společnou vlastností všech známých pozemskýchorganismů. Veškerý život je založen na koexistenci těchto nukleových kyselin sbílkovinami, nicméně není zcela jasné, jak se vztah mezi DNA a bílkovinami vyvinul. Podle některých hypotéz nejprve existovaly bílkoviny a až následně vznikly nukleové kyseliny, nicméně nejvíce příznivců má zřejmě vsoučasnosti představa, že prapůvodní látkou byla nukleová kyselina, která byla schopnabiologické evoluce. Podle teorieRNA světa však hlavní roli hrála nejprve spíše RNA a teprve posléze přejala hlavní roli DNA.[10] Doklady ve prospěch takových hypotéz jsou však vždy nepřímé, protože nejsou kdispozici dostatečně staré vzorky DNA. Život vznikl již před několika miliardami let, jenže už po několika desítkách tisíců let klesá množství DNA na setinu původního stavu. Studie včasopiseNature zlet 2000 a 2002 nicméně popisují nález až 450milionů let starých vzorkůbakteriální DNA uchovaných vsolných krystalech,[11][12] dále existuje i řada dalších, více nebo méně spolehlivých studií.
Chemická struktura krátkého úseku DNA: vkaždém ze čtyř nukleotidů jedeoxyribóza,fosfátová skupina a dále jedna náhodnánukleová báze (ze čtyř možných)
Stavbu DNA je možno zkoumat na několika úrovních. Pořadínukleotidů v lineárním dvouvlákně je záležitostí tzv. primární struktury. Stáčení vlákna dodvoušroubovice se označuje jako sekundární struktura DNA. Konečně pod tzv. terciární strukturou se rozumí obvyklenadšroubovicové vinutí, které usnadňujekondenzaci DNA.
DNA vlastně není nic jiného než velmi dlouhý lineární řetězecnukleotidů. Například uvnitř každéhovirionu planých neštovic se nachází DNA odélce 193 mikrometrů, kruhová DNA uEscherichia coli má délku 1600 µm (1,6mm),lidský genom je rozložen do 23 lineárních molekul DNA (vhaploidním stavu) ocelkové délce 1 metru.[13] Nukleotid je základní stavební jednotkou všech molekul DNA; existují přitom čtyři základní typy nukleotidů, jež se vDNA přirozeně vyskytují. Tyto čtyři nukleotidy (dATP,dGTP,dCTP,dTTP) se navzájem liší typem přivěšenénukleové báze, jíž může být především adenin, guanin, cytosin či thymin.[pozn. 1] Důležité je, že každý nukleotid má tři důležité stavební součásti:
deoxyribóza – pětiuhlíkovýcukr (pentóza), který se vDNA vyskytuje vcyklickéfuranózové formě. Jeho uhlíky se po směru pohybu hodinových ručiček označují 1', 2', 3', 4' a 5', přičemž na 1' uhlíku je navěšena nukleová báze, na 3' a 5' uhlíku jsou přesOH skupinu připevněny fosfátové skupiny;
fosfát – vazebný zbytekkyseliny ortofosforečné, který je navázán na 5' uhlíku každého nukleotidu. Záporný náboj na fosforečnanu je důvodem celkového negativního náboje DNA. Fosfátová skupina je můstek propojující 5' uhlík každé deoxyribózy s3' uhlíkem předchozí deoxyribózy. Výsledkem je tzv. cukr-fosfátová kostra DNA.
Primární struktura DNA se dá znázornit jako lineární řada nukleotidů nebo třeba jako řada písmen, které odpovídají dusíkatým bázím vtěchto nukleotidech. Dále je důležité, že DNA je směrovaná (direkcionalizovaná), tzn. dají se jednoznačně odlišit oba konce. Směr vláken se označuje právě podle orientace deoxyribózy vněm, tedy: směr 3'→5' a opačný směr 5'→3'. Podle konvence se pořadí nukleotidů zapisuje směrem 5'→3' (např.TACGGACGGG AGAAGCGCGC GGGCGGGCCG je prvních 30 z3675 nukleotidů tvořícíchpřepisovanou částgenu pro lidský alfa-tubulin[15]).
V roce 2011 se objevila zpráva oexistenci bakteriíGFAJ-1, která údajně ve své DNA obsahuje místo fosfátových skupinarseničnany.[16] Hypotéza byla definitivně vyvrácena vr. 2012.[17][18][19]
Související informace naleznete také v článkupárování bází.
Deoxyribonukleová kyselina (DNA) může existovat jako samostatná jednovláknová molekula (tzv.ssDNA), nicméně velmi často vytváří vícevláknové struktury, které jsou složené zněkolika řetězců spojených vodíkovými můstky. Vodíkové můstky jsou jedním ztypů poměrněslabých vazebných interakcí, mezi dvěma či více vlákny DNA jich však může vzniknout obrovské množství; výsledná vícevláknová struktura tak je poměrně stabilní. Typickou formou takového vícevláknového uspořádání DNA jedvoušroubovice, notoricky známá molekula DNA (připomínající „stočený žebřík“) tvořená dvěma lineárními řetězci. Aby vznikla pravidelná struktura svelkým množstvím vodíkových můstků, je žádoucí, aby se vedle sebe „vpříčli žebříku“ vyskytovaly vždy určité nukleové báze, které spolu ve správném prostorovém uspořádání vytváří několik vodíkových můstků. Vtypickém případě (ne však vždy) se nukleové báze spojují navzájem sodpovídající bází podle jednoduchého klíče:
A se páruje sT (vzájemně jsou spojeny dvěma vodíkovými vazbami)
G se páruje sC (vzájemně jsou spojeny třemi vodíkovými vazbami)
Jedná se okomplementaritu bází, zní vychází vzájemná komplementarita obou vláken DNA. Vždy je na určité pozici vmolekule jeden nukleotid zdvojice a vprotějším vlákně druhý znich. Takto se uchovává vkaždém zvláken tatáž informace, ikdyž jedno zvláken je „negativem“ vlákna druhého – podle jednoho vlákna je možné přiřazením komplementárních bází vytvořit vlákno druhé. PoměrAT aGC párů vmolekule DNA je velmi různý: tzv.obsahGC se pohybuje ubakterií od 25 do 75%, usavců vrozmezí 39–46%.[20]
Existuje celá řada dalších možností, jak pomocí vodíkových můstků spárovat báze, neboť atomů schopných podílet se na vzniku vodíkových vazeb je na molekulách purinů ipyrimidinů celá řada. Samostatnou kapitolou je tzv.hoogsteenovské párování pojmenované podleKarsta Hoogsteena, který je v60. letech 20. století jako první popsal.[21] Jinou možností je tzv.wobble párování, které umožňuje úsporné rozeznávání kodonů pomocítRNA molekul. Při wobble párování může například guanin vytvářet vazbu suracilem; někdy je rekrutováninosin, jenž má velmi obecné vazebné schopnosti a je schopen vázat se naC,AaU.[22]
V drtivém procentu případů se DNA za běžných podmínek uchovává ve formě pravotočivé dvoušroubovice. Dvoušroubovice DNA je tvořena dvěma vlákny DNA, které se obtáčí kolem společné osy a interagují spolu. Vlákna jsou tzv.antiparalelní, tzn. směřují opačnými směry[24] – zatímco jedno vlákno můžeme jedním směrem popsat jako5'-3', druhé je ve stejném směru3'-5'. Čísla3' a5' označují čísla uhlíku nadeoxyribóze, na které se upínajífosfátové skupiny vcukr-fosfátové kostře DNA. Mezi bázemi vrámci jednoho „patra“ dvoušroubovice platí pravidlaWatson-Crickovské komplementarity.
Existuje několik tzv. helikálních forem (konformací) DNA, které se liší celou řadou parametrů. Typická Watson-Crickovská pravotočivá dvoušroubovice (tzv.B-DNA) je nicméně zcela převažující a ostatní formy (zejména pravotočiváA-DNA a levotočiváZ-DNA) se sice mohou vyskytovat ivpodmínkách živé buňky, nicméně spíše vzácně a jen za specifických okolností.[25][26][27]
G-kvartet je jednou ze známých alternativních struktur DNA, jež se vyskytují vbuňkách
V obecném povědomí DNA tvoří dvoušroubovici, nicméně existují ijiné způsoby uspořádání. Některé se vyskytují ivbuňkách (in vivo), jiné jsou spíše laboratorní záležitost. Mnohdy se využívá neobvyklýchpárovacích míst na molekuláchbází. To je případ tzv.G-kvartetů, čtyřvláknových úseků DNA vtelomerických oblastechchromozomů, vnichž do kruhu párují čtyřiguaninové báze.[28] Co se týčetrojšroubovice DNA,[29][30] možná dočasně vzniká při tzv.crossing-overu;[31] laboratorně může být trojvláknová struktura připravena např. zvláken poly(A) a polydeoxy(U).[32]
DNA se také může větvit a vznikají např. třívláknová či čtyřvláknová spojení. Vněkterých případech dvoušroubovicová DNA na jednom svém konci lokálně denaturuje a na uvolněné konce se připojí třetí řetězec – vprostředí buňky by tato struktura mohla vznikat při crossing-overu, pokud nedošlo kreplikaci vjednom zgenomů.[33] Jindy takto vlastně denaturují dvě dvoušroubovice a vzájemně se komplementárně přiloží, čímž vzniká čtyřvláknové spojení. Vpřípadě crossing-overu se jedná oznámýHollidayův spoj, který umožňuje vlastní výměnu homologních vláken.[34] Při replikaci DNA či při opravě DNA mohou větvení vznikat také. Vlaboratoři nicméně vznikají ještě mnohem fantastičtější prostorové struktury DNA – byly vyrobeny např.krychle čiosmistěn složené celé pouze zDNA molekul. Tyto a další syntetické struktury DNA jsou vcentru zájmuDNA nanotechnologů.[1]
Nekanonická (odlišná odB-DNA šroubovice) uspořádání DNA, od ohybů, „vlásenek“ na jednom vlákně,A-DNA aZ-DNA dvoušroubovic až poG-kvartety se vyskytytují i jako lokální sekvenční motivy v převážně kanonicky uspořádaném genomu, častěji v centromerách a krátkých ramenech chromozomů, a plní specifické regulační funkce, které si vyžadují další zkoumání.[35][36]
Související informace naleznete také v článkukondenzace DNA.
Genom, tedy souhrn DNA vbuňce, není pouhou změtí dvoušroubovicové DNA – na vyšších úrovních je možné pozorovat komplikované vinutí a četné interakce sbuněčnými bílkovinami. Tyto struktury také nesou genetickou informaci.[37] Zcela typické je tzv.nadšroubovicové vinutí (supercoiling), tedy dodatečné šroubovicové vinutí již existující dvoušroubovice.[38] Nadšroubovicové vinutí se dá zjednodušeně představit tak, že držíme vkaždé ruce jeden zobou konců provázku a postupně na jednom konci provázek kroutíme. Vzniklé napětí se opět uvolní (relaxuje) jen tehdy, pokud uvolníme jednu ruku. Dvoušroubovice je však stočená již ve svém relaxovaném stavu (jedna otáčka každých cca 10 párů bází), atak můžeme rozlišit, zda se nadšroubovice vine stejným směrem, jako dvoušroubovice (tzv. pozitivní supercoiling), nebo směrem opačným (negativní supercoiling, uvolňuje DNA). Nadšroubovicové vinutí má celou řadu důležitých funkcí a regulačních rolí;[39] vžádném případě se nejedná pouze oanomálii ve struktuře.
DNA se vbuňce dále organizuje do mikroskopicky pozorovatelných útvarů známých jakochromozomy. Ubakterií je zřejmě systém kondenzace DNA do (obvykle jediného) chromozomu poněkud méně propracovaný a např. uEscherichia coli zahrnuje několik proteinů, které jsou schopné udržovat nadšroubovicové vinutí a vytvářet ostré ohyby vlákna DNA.[40]Eukaryotické organismy, jako je třeba člověk, mají velmi komplikovaně sbalenou DNA. Souvisí to sdélkou jejich DNA – např.lidský genom má na délku dva metry, přitombuněčné jádro má na délku několik mikrometrů. Dvouvlákno DNA se nejprve nabaluje na bazické proteiny známé jakohistony; DNA nabalená na osm histonů vytváří tzv. „nukleozom“, a tak na této úrovni DNA vypadá jako řada korálků (nukleozomů) na provázku (DNA). Tyto korálky se však obvykle ještě stáčí do 30nanometrů tlusté šroubovice.[41] Na vzniku chromozomů se podílí ještě vyšší úrovně sbalení DNA, které jsou však méně prostudované a vznikají jen vurčitých fázíchbuněčného cyklu.
Vzestupabsorbance jako měřítko denaturačního procesu nukleových kyselin (viz text)
DNA jepolymerní sloučeninou svysokoumolární hmotností. Molární hmotnost závisí na délce DNA a zhruba platí, že skaždým nukleotidem stoupá molární hmotnost o330g/mol, vpřípadě dvouvláknové DNA na jeden pár bází připadá asi 650g/mol.[42] Deoxyribonukleová kyselina je záporněnabitá (díkyfosforečnanovým skupinám), aje tedypolárního charakteru. Díky tomu jerozpustná ve vodě, naopak vethanolu se sráží (neboť dochází kvyvázání záporných nábojů).[43] Po vysrážení má DNA bílou barvu.[44] Izolovaná DNA zaujímádvoušroubovicové uspořádání, to je však možné rozrušit vprocesudenaturace. Typicky se denaturace provádí zvýšením teploty, ale denaturaci způsobuje inízkáiontová síla roztoku nebo silně zásadité prostředí. Naopak kyselé prostředí není vhodné, protože dochází khydrolýzeglykosidových vazeb mezi cukrem a bází.[45] DNAabsorbuje vUV oblasti sabsorpčním maximem přivlnové délce 260nm. Při denaturaci DNA seabsorbance vtéto oblasti zvyšuje – tomuto jevu se říkáhyperchromní efekt.[46] Je to dáno tím, že na absorpci se vnejvětší míře podílejí báze DNA, které jsou vdsDNA „schované“ uvnitř dvoušroubovice. Po denaturaci dochází k„obnažení“ bází, které tak mohou lépe absorbovat UV záření.
Poločas rozpadu DNA činí dle studia kosterních nálezů asi 521 let.[47] DNA je považována za stabilní molekulu, což vynikne zejména při srovnání sRNA jakožto druhou významnounukleovou kyselinou. Vmolekule DNA není na 2' uhlíku OH skupina – uRNA tam tato reaktivní skupina je a způsobuje nižší stabilitu RNA.[48] DNA se vlaboratoři dlouhodobě skladuje při −20° nebo −70°C, kde vydrží iněkolik let. Při teplotě 4°C vTE pufru vydrží několik týdnů.[49] Existuje mnoho různých metod kuchování DNA na delší čas (zmrazení vzorků tekutým dusíkem, FTA karty, plastové mikrozkumavky, uchování pomocí chitosanu[50]). Uvnitř těl živých organismů však DNA musí snášet i poměrně vysoké teploty, apřesto vydrží. Krajním případem jsouhypertermofilní organismy, které žijí ipři teplotách kolem 100°C. Jejich DNA čelí jak riziku denaturace, tak itermodegradaci (rozpadupevných chemických vazeb). Přesto žijí a mimoopravných mechanismů ktomu zřejmě přispívá inadšroubovicové vinutí a také optimálníiontové složenícytoplazmy.[51]
Pro DNA jsou však dále typické iněkteré vlastnosti, které ji do jisté míry odlišují od běžných chemických látek. Vbuňce je například možnéreplikovat DNA, tedy vytvářet její kopie. Víceméně každé buněčné dělení vyžaduje zmnožení genetické informace, aby jí vkaždé buňce bylo stále konstantní množství. Vprůběhu procesu se oddělí řetězce mateřské DNA a oba slouží jako návod (tzv. „templát“) pro tvorbu druhých vláken vrámci obou nově vznikajících dvoušroubovic. Ty jsou následně napůl tvořeny původní DNA a napůl nově dosyntetizované – celý proces jesemikonzervativní. Kdalším zajímavým vlastnostem DNA vbuňkách patří možnostopravovat DNA, což ještě dále vylepšuje (už tak poměrně precizní) přenos genetické informace.[52] Bylo by možno najít množství dalších pozoruhodných vlastností DNA, vesměs probíhajících vbuňce za pomoci speciálníchenzymů.
Příklad sekvence DNA: dole jsou uvedena písmena reprezentující jednotlivé nukleotidy v lineárním řetězci DNA, tak jak jsou čteny přisekvenování (graf výše vzniká snímáním fluorescenčních značek při určitých typech sekvenování)
DNA je nositelkougenetické informace všech živýchorganismů vpravém slova smyslu, ale imnohavirů. VDNA je zapsána sekvence všechbílkovin a přeneseně je genetickou informací podmíněna existence všechbiomolekul abuněčných struktur (kjejichž tvorbě jsou potřeba bílkoviny).[53] Schopnost ukládat a přenášet genetickou informaci je jednou zfundamentálních vlastnostíživota.[53] Bez DNA buňky vydrží žít jen omezenou dobu; například lidskéčervené krvinky při svém zrání vyvrhujíjádro, a protože pak nejsou schopné vyrábět nové bílkoviny a udržovat buňku, jsou po několika měsících poškozeny a musí se zoběhu odstraňovat.[54] Některé viry jsou sice schopné uchovávat svůj genetický materiál vpodoběRNA (tzv.RNA viry), jenže RNA genomy nepodléhají opravným mechanismům a rychle mutují, a proto mají limitovanou velikost.[55] Život, tak jak ho známe, je proto závislý na DNA.
Konkrétní uložení DNA vbuňce závisí na příslušnosti organismu kjedné zdvou základních skupin organismů.Bakterie aarchea (souhrnně „prokaryota“) mají DNA obvykle uloženu volně vcytoplazmě. Obvykle vzniká pouze jistá jaderná oblast, tzv.nukleoid. Mimo to řada bakterií vlastní imalé kruhové molekuly DNA, tzv.plazmidy, které umožňují mimo jinéhorizontální výměnu genetické informace. Zbylé organismy, tedy např. člověk, ale irostliny, živočichové či prvoci, mají DNA uloženu především vbuněčném jádře. Dále však se DNA nachází vněkterých eukaryotickýchorganelách, jmenovitě vmitochondriích a vplastidech, pokud je buňka vlastní (jev zvanýmimojaderná dědičnost).
Informace nesená sekvencí nukleotidů vDNA se označuje jako genetická informace. Na každé nukleotidové pozici se nachází jedna ze čtyř bází (A,C,G čiT), což znamená, že sekvence odélcen může nabývat 4n stavů.[56] Pro DNA dlouhou pouhých 10 nukleotidů existuje tedy teoreticky 410= 1048576 kombinací.Lidský genom (souhrn lidské jaderné DNA) přitom obsahuje 3,1 miliardy (párů) bází.[57] Nejvyšší informační hodnota se přitom vgenomu objevuje vmístech, kde sídlí tzv.geny, která zaznamenávají informaci pro tvorbuRNA a potažmo ivšech bílkovin. Informace pro tvorbu bílkovin je zašifrována pomocí třípísmenného kódu známého jakogenetický kód. Každé trojici bází vDNA totiž uprotein-kódujících genů odpovídá určitáaminokyselina. Aminokyseliny jsou základní stavební kameny bílkovin, takže je vlastně genetická informace jakýmsi návodem na výrobu bílkovin. Genetická informace je uplatňována podle tzv.centrálního dogmatu molekulární biologie. DNA je nejprve přepisována vRNA (obvykle tzv.messenger RNA), načež je tato RNA použita jako vzor pro tvorbu bílkovin. První zmíněný krok se jmenujetranskripce, druhýtranslace.
Velká část genomu mnoha organismů však není součástí žádného genu a dokonce se ani nepřepisuje vRNA. Role této tzv.nekódující DNA je vmnoha případech neznámá; někdy však pomáhá regulovatspouštění a vypínání okolních genů.[58] Velká část nekódující DNA dle současné úrovně znalostí nemá žádnou konkrétní funkci a označuje se prostě jakojunk (odpadní) DNA.[59] Část této odpadní DNA však podle výsledků projektuENCODE ve skutečnosti kóduje různé krátkéregulační RNA; celkem se odhaduje, že 10–20% genomu má díky těmto RNA významnou regulační funkci. Vtěsném okolí těchto regulačních sekvencí se tak podle ENCODE celkem nachází až 95% lidského genomu.[60][61]
V celé řadě případů je žádoucí izolovat zbuněk či zvirových partikulí jejich DNA. Existuje samozřejmě celá řada metodextrakce DNA, nicméně uvšech je nutné získat dostatečné množství biologického materiálu, uvolnit DNA a oddělit ji znadmolekulárních struktur, načež je nutné vzorek přečistit a případně zahustit.[62] Důležitým krokem je uvolnění DNA zbuněk, které se uživočišných buněk provádí pomocídetergentů (povrchově aktivních čisticích látek), jež rozrušují membrány. Ubuněk sbuněčnou stěnou je to komplikovanější a je nutné nasadit třebalysozymy (na bakteriální buněčnou stěnu) či mechanickou degradaci. Co se týče přečišťování buněčných extraktů, obvykle je nutné se zbavitbílkovin, které představují hlavní kontaminaci vzorků. Je možné použít proteázy, ale mnohdy se proteiny srážífenolem achloroformem, zatímco nukleové kyseliny zůstanou vroztoku a je možné je pak vysrážet třebaethanolem.[63]
Po izolaci DNA následuje často separace (oddělení) požadovaných druhů molekul. Může být žádoucí oddělení třebaplazmidů od genomové DNA bakterií, což se dělá poměrně jednodušecentrifugací při vhodně nastavených parametrech, obvykle pomocí denaturace a následné renaturace.[63] Pro jemnější rozdělování podle velikosti ipodle topologie DNA se často používáelektroforéza naagarózovém (či vpřípadě velmi malých molekul napolyakrylamidovém) gelu. Vpřípadě extrémně velkých fragmentů DNA se užívá tzv.pulzní gelová elektroforéza. Zgelu je možné následně DNA převést nanitrocelulózovou membránu pomocí tzv.Southernova přenosu. Další metodou dělení DNA jecentrifugace vhustotním gradientu, obvykle vgradientuchloridu cesného – tato metoda odděluje zejména fragmenty, jež se liší zastoupením bází (obsahemGC).[64]
DAPI, jedna z chemikálií používaných k barvení DNA, se vmezeřuje domalého žlábku a specificky tak označuje buněčnou DNA; na obrázku je DAPI fialově
Byl vyvinut nespočet způsobů, jak obarvit DNA – a to jak přímo vbuňce, tak iDNA izolovanou vlaboratorním skle. Používají se často vlaboratořích ve chvíli, kdy je nutné např. velektroforetickém gelu či přímo ve fixované buňce zvýraznit DNA. Ke známým takovým barvivům patří (bez logické následnosti):SYBR Green,YOYO-1,TOTO-1,TO-PRO,SYTOX Green, ale iklasickýethidiumbromid apropidiumjodid,akridinová oranž, různáHoechst barviva či třebaDAPI.[65] Kvelmi specifickým barvícím metodám patřífluorescenční in situ hybridizace (FISH), která umožňuje navázání fluorescenčních sond na konkrétní sekvenci DNA.[66]
Polymerázová řetězová reakce vyžaduje pro správný průběh směs enzymů, substrátů a dalších látek. Obvykle se provádí vEppendorfových zkumavkách (na obrázku každá z nich obsahuje 100mikrolitrovou reakci)
Sekvenování DNA je souhrnný termín pro biochemické metody, jimiž se zjišťuje pořadínukleových bází vsekvencích DNA.[67] Právě pořadí bází je princip zakódování genetické informace, aproto je vcentru zájmu biologů. Původní a po dlouhá léta převažující metodou bylo tzv.Sangerovo sekvenování, které využívá speciálně chemicky upravených nukleotidů, jež jsou pomocí DNA polymerázy zařazovány surčitou pravděpodobností do prodlužující se DNA – tím blokují další polymeraci a výsledný produkt je možné detekovat pomocíelektroforézy. Vsouvislosti se snahou zrychlit a zlevnit sekvenovací proces byla vyvinuta celá řadasekvenačních metod nové generace. Ktěm patří např.pyrosekvenování a příbuzné metody. Studie Zhang et al. 2011 uvádí pět moderních metod, jež jsou komerčně dostupné: Roche GS-FLX 454 („454 sekvenování“), Illumina („Solexa“), ABI SOLiD, Polonator G.007 a Helicos HeliScope.[68]
Existuje icelá řada postupů, jak si připravit či namnožit konkrétní molekulu DNA. Jednou zmožností jechemická syntéza DNA, při níž dochází ksestavování krátkýcholigonukleotidů, ato postupným řazením nukleotidů za sebou. Vtypickém případě však již je určité množství DNA kdispozici a je žádoucí ho pouze zmnožit tak, aby všechny kopie měly pokud možno totožnou sekvenci. To se často dělá buď pomocíklonování DNA nebo metodoupolymerázové řetězové reakce.[69]
Vědecký pokrok voblasti genetiky způsobil boom vmnoha oblastech lékařskédiagnostiky. Například vbakteriologii,virologii aparazitologii se uplatnily metody, jež umožňují vnapadené tkáni detekovat DNA pocházející zmikroorganismů, jež tuto tkáň napadly. To se dělá buď pomocí různýchDNA prób schopných se specificky vázat na určitou sekvenci typickou pro daného parazita, nebo např. cestou namnožení DNA pomocípolymerázové řetězové reakce a následnýmsekvenováním – tím je možné získat sekvenci DNA patogenních organismů, jíž mikrobiologové srovnají sdatabázemi patogenních kmenů. Tyto pokročilé molekulární metody se uplatňují např. při identifikaci těžkokultivovatelnýchbakterií či při určování celé řadyvirových čiparazitárních onemocnění.[70]
Součástí diagnostické práce je však istudiumlidské DNA – uplatňuje se například vrakovinné terapii[71] či při diagnostice některýchgenetických onemocnění. Své místo již molekulární metody našly vprenatální diagnostice chorob, např.ze vzorku plodové vody.[72] Další testy se rutinně provádí zkapkykrvenovorozenců. Testy DNA vrámcigenetického poradenství však dnes mohou pomoci ipárům, jež teprve dítě plánují. Je to vhodné tehdy, vyskytuje-li se vrodinné historii nějaké genetické onemocnění. Dnes jsou genetické testy dostupné všem zájemcům a je možné osobě zjistit celou řadu informací od těch zřejmých (barva očí) přes různé zajímavosti (atletické vlohy) až po vážné údaje (náchylnost krakovině atp.).[73]
Některé oblasti např. lidské jaderné DNA jsou velmi proměnlivé a člověk od člověka se vnich téměř vždy liší. Ztohoto důvodu je DNA vkriminalistice a vforenzních vědách neocenitelným zdrojem informací.Repetitivní sekvence známé jakoVNTR čiSTR patří mezi ty nejčastěji studované. Studium VNTR repetic vyžaduje relativně velké množství DNA, aproto se využívá zejména tehdy, máme-li kdispozici vzorek krve (např. utestů otcovství). Obvykle se testují metodouRFLP (jenž zkoumá polymorfismus délkyrestrikčních fragmentů). Vkriminalistice našly větší využití tzv.STR (čili ~mikrosatelity). Pravděpodobnost, že dvě osoby budou mít jednu STR oblast shodnou, je pro danou variantu např. 1:83, což by nebylo příliš přesvědčivé, a proto se používá obvykle 13markerů, které se vyhodnocují zvlášť a vzájemný pozitivní výsledek důvěryhodnost testu mnohonásobně zvyšuje. První použití DNA vkriminalistice se datuje do roku1986 a došlo kněmu vrámci soudního řízení vAnglii. Testování STR oblastí se však dnes prosazuje ivurčování otcovství.[74]
V současnosti je lidstvo schopnéprovádět cílené změny vgenetické informaci (vpořadí nukleotidů vDNA) a ovlivňovat tím některé vlastnosti organismů. Tyto tzv. genetické modifikace způsobily revoluci vcelé řaděbiotechnologických odvětví a umožňují např. průmyslovou produkcihormonů,srážecích faktorů prohemofiliky,enzymů užívaných vpotravinářství a některýchvakcín. Výsledkem genetického inženýrství jsou irůzné transgenní plodiny, např. ty odolné kherbicidům.[75] VEvropské unii je zgeneticky modifikovaných plodin povolena pouzeBt kukuřice,[76] která nese gencry pocházející způdní bakterieBacillus thuringiensis. Tento gen způsobuje, že je rostlina pro své hmyzí škůdce jedovatá.[77]
V neposlední řadě se studium sekvencí DNA uplatňuje vtřídění organismů podle jejich příbuznosti, tedy voboru biologie známém jakofylogenetika. Jedním zprvních krůčků vtomto oboru byla v60. letech studie, která srovnávala sekvenci genu procytochrom c urůzných organismů: výsledky jsou vpodstatě intuitivní, zatímcošimpanz má sekvenci tohoto genu sčlověkem zcela shodnou amakak rhesus se liší pouze jedinou nukleotidovou záměnou,psí gen pro cytochrom už se od lidského genu liší na 13 místech akvasinkový gen dokonce na 56 pozicích. Na základě těchto informací si lze udělat obrázek opříbuzenských vztazích mezi organismy. Vsouvislosti srozmachemsekvenování je dnes kdispozici obrovské množství sekvencí DNA celé řady organismů a kjejich analýze se používají různé sofistikované nástroje, jako napříkladmetoda parsimonie nebometoda maximální pravděpodobnosti. Dnes je možno iodhadnout čas, který dělí vevoluční historii libovolné dva druhy – metoda ktomu užívaná opět pracuje se sekvencemi DNA a označuje se jakomolekulární hodiny. Pomocí fylogenetických přístupů je možno odpovídat na celou řadu dalších otázek, namátkou „jaký vztah majíneandertálci kdnešním lidem“, „jak se mezi jednotlivými nemocnými šířívirus HIV“ a podobně.[78]
Od 50. a 60. let 20.století se objevují studie oúdajném izolování sekvencí DNA pravěkých organismů.[79] V80. a 90. letech přinesl tomuto oboru („paleogenetika“) slávuCrichtonův román a jehoSpielbergova filmová adaptaceJurský park (1993), ve kterém byli naklonováni druhohorní (nejen ti zjury)dinosauři. Dinosauří proteiny a měkké tkáně byly skutečně získány např.MaryH. Schweitzerovou a jejím týmem[80], pravěká DNA dinosaurů ale nejspíš nikdy získána nebude.[81][82][83] Nepotvrdily se ani domněnky ozískání DNA ze 120–135milionů let staréholibanonskéhojantaru entomologemGeorgem Poinarem vroce1993.[83][84][85] Lze ovšem získat DNA starou více než 1 milión let.[86]
Některé paleontologické objevy nicméně naznačují, že alespoň stopy po původní DNA mohou být v dinosauřích fosiliích z období druhohor skutečně objeveny.[80][87][88]
U malého opeřeného dinosaura roduCaudipteryx, žijícího na území Číny před 125 miliony let (období rané křídy), byla v roce2021 identifikována fosilie původní buněčné struktury, která by mohla býtchromatinem (obsahovat jakési pozůstatky komplexu DNA a bílkovin).[89] Ve stejné době byly zkoumány původní stopy po molekule DNA také v lebeční chrupavce mláděte kachnozobého dinosaura druhuHypacrosaurus stebingeri o stáří 75 milionů let.[90]
V tomto článku byl použitpřeklad textu z článkuDNA na anglické Wikipedii.
12SEEMAN, N. C. DNA nanotechnology: novel DNA constructions.Annu Rev Biophys Biomol Struct. 1998, roč. 27, s. 225–48.Dostupné varchivu pořízeném dne2011-01-10.ISSN1056-8700. (anglicky)
↑Dahm R. Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research.Hum. Genet. January 2008, roč. 122, čís. 6, s. 565–81.doi:10.1007/s00439-007-0433-0.PMID17901982. (anglicky)
↑Levene, P. The structure of yeast nucleic acid.J Biol Chem. 1. prosinec 1919, roč. 40, čís. 2, s. 415–24.Dostupné varchivu pořízeném dne2009-06-29. (anglicky)Archivováno 29. 6. 2009 naWayback Machine.
↑Avery O., MacLeod C., McCarty M. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. Inductions of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III.J Exp Med. 1944, roč. 79, čís. 2, s. 137–158.Dostupné online.doi:10.1084/jem.79.2.137.PMID19871359. (anglicky)
↑CAMMACK, R., et al.Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology; revised edition. New York: Oxford University Press, 2006.ISBN0-19-852917-1. S.415. (anglicky)
↑VREELAND, R. H; ROSENZWEIG, W. D; POWERS, D. W. Isolation of a 250 million-year-old halotolerant bacterium from a primary salt crystal.Nature. 19. říjen 2000, roč. 407, čís. 6806, s. 897–900.Dostupné online.ISSN0028-0836. (anglicky)
↑FISH, S. A; SHEPHERD, T. J; MCGENITY, T. J, et al. Recovery of 16S ribosomal RNA gene fragments from ancient halite.Nature. 2002, roč. 417, čís. 6887, s. 432–6.Dostupné online.ISSN0028-0836. (anglicky)
↑HUSSIEN ABOU-DEIF, M. Characterization of new genes coding for alpha-tubulin in maize.molbiol-tools.ca [online]. [cit. 2024-09-24]. Zea mays tua5 gene for alpha tubulin, exons 1-5..Dostupné online. (anglicky)
↑WOLFE-SIMON, F; SWITZER BLUM, J; KULP, T. R, et al. A bacterium that can grow by using arsenic instead of phosphorus.Science. 2011, roč. 332, čís. 6034, s. 1163–6.Dostupné online.ISSN1095-9203. (anglicky)
↑REAVES, Marshall Louis; SINHA, Sunita; RABINOWITZ, Joshua D, KRUGLYAK Leonid, REDFIELD Rosemary J. Absence of Detectable Arsenate in DNA from Arsenate-Grown GFAJ-1 Cells.Science [online]. 8. červenec 2012. Online před tiskem.Dostupné online.ISSN1095-9203.doi:10.1126/science.1219861. (anglicky)
↑ERB, Tobias J; KIEFER, Patrick; HATTENDORF, Bodo, GÜNTHER Detlef, VORHOLT Julia A. GFAJ-1 Is an Arsenate-Resistant, Phosphate-Dependent Organism.Science [online]. 8. červenec 2012. Online před tiskem.Dostupné online.ISSN1095-9203.doi:10.1126/science.1218455. (anglicky)
↑NELSON, David L; COX, Michael M.Lehninger Principles of Biochemistry. 5. vyd. New York: W. H. Freeman and Company, 2008.Dostupné online.ISBN978-0-7167-7108-1. S.282. (anglicky)
↑LODISH, Harvey, et al.Molecular Cell Biology. New York: W.H. Freedman and Company, 2004.Dostupné online.ISBN0-7167-4366-3. S.123. (anglicky)
↑HOUSER, Pavel. DNA drží při sobě spíše hydrofobní interakce než vodíkové můstky.sciencemag.cz [online]. 2020-01-02 [cit. 2021-05-08].Dostupné online.
↑DUKE, Tom, et al.Multiple aspects of DNA and RNA: from Biophysics to Bioinformatics. Příprava vydání Didier Chatenay, et al. [s.l.]: Elsevier, 2005.ISBN0-444-52081-3. (anglicky)
↑VARGASON, J. M; HENDERSON, K; HO, P. S. A crystallographic map of the transition from B-DNA to A-DNA.Proc Natl Acad Sci U S A. 2001, roč. 98, čís. 13, s. 7265–70.Dostupné online.ISSN0027-8424. (anglicky)
↑HA, S. C; LOWENHAUPT, K; RICH, A, et al. Crystal structure of a junction between B-DNA and Z-DNA reveals two extruded bases.Nature. 2005, roč. 437, čís. 7062, s. 1183–6.Dostupné online.ISSN1476-4687. (anglicky)
↑ARCELLA, Annalisa; PORTELLA, Guillem; LUZ RUIZ, Maria, et al. Structure of Triplex DNA in the Gas Phase.Journal of the American Chemical Society. 2012, roč. 134, čís. 15, s. 6596–6606.Dostupné online.doi:10.1021/ja209786t. (anglicky)
↑GUO, Q; LU, M; CHURCHILL, M. E, et al. Asymmetric structure of a three-arm DNA junction.Biochemistry. 1990, roč. 29, čís. 49, s. 10927–34.ISSN0006-2960. (anglicky)
↑COOPER, J. P; HAGERMAN, P. J. Geometry of a branched DNA structure in solution.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1989-10, roč. 86, čís. 19, s. 7336–7340.ISSN0027-8424. (anglicky)
↑SMEDS, Linnéa; KAMALI, Kaivan; KEJNOVSKÁ, Iva; KEJNOVSKÝ, Eduard; CHIAROMONTE, Francesca; MAKOVA, Kateryna D. Non-canonical DNA in human and other ape telomere-to-telomere genomes.Nucleic Acids Research [online]. Oxford University Press, 2025-04-24 [cit. 2025-04-29]. Roč. 53, čís. 7: gkaf298.Dostupné online.ISSN1362-4962.doi:10.1093/nar/gkaf298.PMID40226919. (anglicky)
↑SHOLTIS, Sam. Beyond the double helix: Alternative DNA conformations in ape genomes.Phys.Org [online]. 2025-04-24 [cit. 2025-04-29].Dostupné online. (anglicky)
↑ARENDS, Erik. Second layer of information in DNA confirmed.phys.org [online]. 2016-06-08 [cit. 2021-05-08].Dostupné online. (anglicky)
↑WITZ, G; STASIAK, A. DNA supercoiling and its role in DNA decatenation and unknotting.Nucleic Acids Res. 2010, roč. 38, čís. 7, s. 2119–33.Dostupné online.ISSN1362-4962. (anglicky)
↑GRISWOLD, Ann.Genome Packaging in Prokaryotes: the Circular Chromosome of E. coli [online]. Nature Education, 2008.Dostupné online. (anglicky)
↑OSWALD, Nick.The Basics: How Ethanol Precipitation of DNA and RNA Works [online]. Bitesize Bio, 4. prosinec 2007.Dostupné online. (anglicky)
↑Onion Genomic DNA Isolation [PDF]. G-Biosciences.Dostupné online. (anglicky)
↑MULLIGAN, Martin E.The physical and chemical properties of nucleic acids [online]. 1996–2003 [cit. 2011-07-15].Dostupné varchivu pořízeném dne2010-05-02. (anglicky)
↑VONDREJS, Vladimír; STORCHOVÁ, Zuzana.Genové inženýrství, I. Praha: Karolinum, 1997. S.22.
↑MIHULKA, Stanislav.Jaký je poločas rozkladu DNA? [online]. OSEL.Dostupné online.
↑RNA vs DNA [online]. NEWTON - Ask a scientist, 2007 [cit. 2011-08-06].Dostupné varchivu. (anglicky)
↑Current Protocols in Molecular Biology. [s.l.]: John Wiley & Sons, Inc., 2002.Dostupné online. (anglicky)
↑ŠRUBAŘOVÁ, P; DVOŘÁK, J. VYUŽITÍ CHITOSANU PRO UCHOVÁNÍ DNA A BIOLOGICKÝCH VZORKŮ.mendelu.cz [PDF]. [cit. 2018-08-15].Dostupné online. (anglicky, česky)
↑MARGUET, E; FORTERRE, P. DNA stability at temperatures typical for hyperthermophiles.Nucleic Acids Research. 1994-05-11, roč. 22, čís. 9, s. 1681–1686.ISSN0305-1048. (anglicky)
↑MARATHE, A; CONDON, A. E; CORN, R. M. On combinatorial DNA word design.J Comput Biol. 2001, roč. 8, čís. 3, s. 201–19.Dostupné online.ISSN1066-5277. (anglicky)
↑LITTLE, Peter F. R. Structure and function of the human genome.Genome Research. 2005-12, roč. 15, čís. 12, s. 1759–1766.Dostupné online.doi:10.1101/gr.4560905. (anglicky)
↑JHA, Alok. Breakthrough study overturns theory of 'junk DNA' in genome.The Guardian. 5. září 2012.Dostupné online. (anglicky)
↑HAMZELOU, Jessica.Global project reveals just how active our 'junk' DNA is [online]. New Scientist, 6. září 2012 [cit. 2012-09-11].Dostupné varchivu pořízeném dne2012-09-11. (anglicky)
↑RACLAVSKÝ, Vladislav.Úvod do základních metod molekulární genetiky [PDF]. Ústav biologie Lékařské fakulty Univerzity Palackého v Olomouci, červen 1999 [cit. 2018-08-27]. Kapitola 8. Sekvenování DNA, s.21–24.Dostupné online.ISBN80-7067-892-5.
↑ZHANG, J; CHIODINI, R; BADR, A, et al. The impact of next-generation sequencing on genomics.J Genet Genomics. 2011, roč. 38, čís. 3, s. 95–109.Dostupné online.ISSN1673-8527. (anglicky)
↑VONDREJS, Vladimír.Genové inženýrství, II. Praha: Karolinum, 2001. S.22.
↑KAYSER, F. H, et al.Medical Microbiology. [s.l.]: Thieme, 2005.Dostupné online. S.216. (anglicky)
↑BRONCHUD, Miguel H, et al. Totowa, New Jersey: Humana Press, 2000. S.45. (anglicky)
↑SADLER, Thomas W.Langman’s Medical Embryology. [s.l.]: Lippincott Williams & Wilkins, 2009.Dostupné online. S.163. (anglicky)
↑JONES, Elizabeth D. Ancient DNA: s history of the science beforeJurassic Park.Studies in History and Philosophy of Science, Part C: Studies in History and Philosophy of Biological and Biomedical Sciences [online]. Elsevier B.V, 9. březen 2018. Online před tiskem.Dostupné online.ISSN1369-8486.doi:10.1016/j.shpsc.2018.02.001. (anglicky)
↑PALMER, Roxanne. 'Jurassic Park' Method Of Cloning Dinosaurs From Amber-Preserved Insects Not Feasible, Scientists Say.Internation Business Times [online]. IBT Media Inc., 13. listopad 2009 [cit. 2016-11-22].Dostupné online. (anglicky)
↑AUSTIN, Jeremy J; ROSS, Andrew J; SMITH, Andrew B; FORTEY, Richard A; THOMAS, Richard H. Problems of reproducibility – does geologically ancient DNA survive in amber–preserved insects?. S.467–474.Proceedings of the Royal Society B [online]. 22. duben 1997 [cit. 2016-11-22]. Svazek 264, čís. 1381, s. 467–474.Dostupné online. Takédostupné ai jinde.ISSN1471-2954.doi:10.1098/rspb.1997.0067.PMID9149422. (anglicky)
↑PENNEY, David; WADSWORTH, Caroline; FOX, Graeme; KENNEDY, Sandra L; PREZIOSI, Richard F; BROWN, Terence A. Absence of Ancient DNA in Sub-Fossil Insect Inclusions Preserved in ‘Anthropocene’ Colombian Copal.PLoS ONE [online]. 11. září 2013 [cit. 2016-11-22]. Svazek 8, čís. 9: e73150.Dostupné online.ISSN1932-6203.doi:10.1371/journal.pone.0073150. (anglicky)
↑ 'Game-changing' research could solve evolution mysteries.phys.org [online]. 2019-09-11 [cit. 2021-05-08].Dostupné online. (anglicky)
↑BAILLEUL, Alida M; ZHENG, Wenxia; HORNER, John R; HALL, Brian K; HOLLIDAY, Casey M; SCHWEITZER, Mary H. Evidence of proteins, chromosomes and chemical markers of DNA in exceptionally preserved dinosaur cartilage. S.815–822.National Science Review [online]. 2020-04-01 [cit. 2021-05-08]. Roč. 7, čís. 4, s. 815–822.Dostupné online.ISSN2053-714X.doi:10.1093/nsr/nwz206. (anglicky)
