Dávnejšie som natrafila na internete na stránku, kde boli na mape sveta naznačené výskumné strediská, v ktorých sa nachádzajú najmodernejšie sekvenátory DNA. Napríklad na MIT na Harvarde ich majú viac než 100, tiež niekoľko desiatok ich majú v Británií či v Číne. V našom laboratóriu vo Valencii máme 2. Bolo tam aj veľa krajín, kde nemali žiaden. Ale vedcom z krajín, kde žiaden DNA sekvenátor nemajú, v skutočnosti ani žiaden chýbať nemusí. Genomický výskum sa dá robiť aj bez fyzickej prítomnosti sekvanétora v laboratóriu.
Čo je to vlastne to sekvenovanie DNA? A ako fungujú najmodernejšie sekvenátory? DNA je vlastne jedna dlhá molekula. Napríklad o molekule vody vieme, že sa skladá z kyslíka a dvoch vodíkov. DNA je komplikovanejšia, je pospájaná z dlhého radu stavebných súčiastok, ktoré sa nazývajú nukleové bázy a označujú sa písmenami A, C, T, G. Každý jedinec má svoj vlastný kód z týchto písmen v rôznom poradí. Tento kód je dlhý v prípade najmenších vírusov niekoľko stoviek písmen a až niekoľko miliónov písmen v prípade zvierat a rastlín. Sekvenátory sú vlastne čítačky tohoto kódu. Bohužiaľ však nie sú schopné prečítať tento kód úplne celý v kuse. Milióny písmen proste naraz nezvládajú. Aby prístroj vedel DNA kód prečítať, treba DNA nakrájať na kúsky niekoľko stoviek písmen dlhých. Okrem toho jedna molekula DNA je veľmi maličká a signál, ktorý vydáva každé písmeno, by nevedel sekvenátor poriadne zachytiť. Aby bol signál rozoznateľný, treba tieto kúsky DNA nejako namnožiť.
Prvé genómy sa sekvenovali tak, že sa tento signál množil pomocou baktérií. Najprv sa DNA nakrájala na kúsky, napríklad pomocou ultrazvuku alebo enzýmov. Tieto kúsky sa vložili do baktérie E. coli, ktorá, keď sa rozmnožovala, tak zároveň množila aj tento vložený kúsok DNA. Bolo to dosť namáhavé, pretože sa tieto baktérie museli vypestovať a vložený kúsok DNA sa potom musel pretransformovať do stavu, aby ho vedel sekvenátor prečítať. To trvalo niekoľko dní a na veľké projekty bolo potrebné zamestnať veľa laboratórnych technikov. Sekvenátory, ktoré sa na to používali, dokázali naraz prečítať len 96 kúskov DNA. Tieto sekvenátory však nešli do starého železa, ale vďaka tomu, že sú veľmi presné, sa občas na špeciálne projekty používajú dodnes.
Potom sa prišlo s nápadom, že sa toto množenie DNA nemusí robiť komplikovane cez baktérie, ale v takých malinkých mikrokvapkách oleja. DNA sa aj v tomto prípade musí krájať na kúsky dlhé niekoľko stoviek písmen. Na konce týchto kúskov sa prilepia enzymatickým lepidlom krátučké úseky DNA, ktorých sekvenciu poznáme. Olej a kúsky DNA zmiešame tak, že sa do jednej kvapky dostane len jeden kúsok DNA. Takto kvapky slúžia ako samostatné mikroskúmavky. Krátke úseky, ktoré sme pripojili na konce nakrájanej DNA, nám umožnia namnožiť túto sekvenciu umelo v našej kvapke pomocou metódy PCR. A potom sa dajú do next-generation sekvenátora, ktorý nespracováva 96 jamkové dostičky, ale špeciálne malinké platničky, kde sa za niekoľko hodín osekvenuje milión kúskov DNA naraz.
V posledných mesiacoch (či už vlastne rokoch) sa rozmohli dokonca také sekvenátory, ktoré dokážu vyprodukovať počas niekoľkých hodín 4 miliardy sekvencii, a dokonca nie sú potrebné ani žiadne kvapky oleja, pretože kúsky DNA sa nanesú rovno na platničku a ich signál sa zosilní priamo na nej.
Tieto miliardy pokrájaných sekvencii treba potom pospájať do jedného celku - jednej dlhokánskej sekvencie. Existuje veľa kombinácii, ktoré musí počítač overiť, aby ich správne pospájal. Preto okrem výkonných sekvenátorov musia mať výskumné centrá aj supervýkonné počítače a ľudí, ktorí ich vedia ovládať.
Takýto sekvenátor a celá infraštruktúra, ktorá sa k nemu musí zohnať, teda počítače a zaškolení ľudia, ktorí sa budú o celý systém starať, stoja státisíce eur. Okrem toho, taký drahý sekvenátor nemôže byť len tak vystavený ako pýcha ústavu, ale aby sa vyplatil, tak sa s ním musí pravidelne sekvenovať, ale každé nové sekvenovanie stojí peniaze. Sú výskumné strediská bez týchto drahých sekvenátorov odsunuté na druhú koľaj v genetickom výskume? Určite nie!
V dnešnej dobe sa všetko dá robiť online a poštou. Predstavte si, že by som bola niekde v malajzijskom pralese a chcela spoznať genetické zloženie baktérií výkalov tej známej nosatej opice. Ak by mi nejaká organizácia dala na tento nápad peniaze, stačili by mi len nejaké skúmavky na vzorky, polystyrénová izolačná krabica, suchý ľad, pár povolení na vývoz vzorkov a potom už len pošta a internet. Ani by som nepotrebovala laboratórium. Na izoláciu DNA z výkalov sa v dnešnej dobe predávajú komerčné súbory chemikálií (kity). Určite existuje laboratórium, kde ich používajú a vyizolovali by mi DNA baktérií z výkalov za poplatok. Okrem toho by mi mohli namnožiť pomocou metódy PCR aj jeden gén baktérií, ktorý sa volá 16S a slúži ako identifikačńý preukaz každého druhu. Tiež by mi za peniaze mohli osekvenovať tento gén na najmodernejšom sekvenátore a poslať mi cez internet tieto sekvencie, alebo prípadne urobiť aj nejakú prvotnú analýzu týchto sekvencií. Dostala by som tabuľky a grafy s percentuálnym zložením týchto baktérií a s údajmi, ako určité faktory, ktoré som skúmala, ovplyvňujú toto zloženie. Všetko za peniaze na objednávku ako servis.
Ak sa teda tento celý rutinný sekvenačný servis dá zaplatiť, zostáva aj nejaká práca na vedcovi, ktorý si servis objednal? Jasné! Všetko ostatné, kde je potrebné nerutinne rozmýšľať. Od experimentálneho dizajnu až po interpretáciu výsledkov, lebo to sú vlastne veci, ktoré ovplyvňujú úspech vedeckej publikácie. Len na vedcovi záleží, od koľkých opíc výkaly pošle, aké faktory bude pozorovať a ako získané zloženie baktérií vysvetlí.
Netreba strácať čas s rutinnými vecami ako sekvenovanie DNA a spracovávanie sekvencii, lebo to všetko poskytujú mnohé výskumné alebo súkromné sekvenačné centrá ako servis. Náklady budú oveľa menšie, ako keby si mal vedec kupovať vlastný sekvenátor do svojho laboratória za státisíce a trápiť sa mesiace či roky, aby dosiahol prvú úspešnú sekvenáciu a zvládol na počítači zanalyzovať prvé sekvencie, pričom špičkové výskumné centrá už budú zase o veľký krok pred ním. My vo Valencii sme v septembri kúpili jeden ďalší takýto moderný sekvenátor a okrem našich vlastných výskumných projektov už praská pod návalom DNA, ktorú chcú osekvenovať vedci z iných centier, kde žiaden sekvenátor nemajú, ale v genetickom výskume nechcú zostať pozadu. Napríklad v prípade transkriptómu spomínaného na začiatku by zákazník dostal zoznam proteinov, ktoré sa práve v rastline produkujú. Ale ako vytiahnuť z toho dlhokánskeho zoznamu zaujímavé veci a ako to všetko interpretovať, je už len na samotnom vedcovi, ktorí si servis objednal.
