Prosinec 2008

Dar dr. Divnolásky

Martin Uhlíř

Pokusné jaderné výbuchy nadělaly hodně zlého, přinesly však lidem i něco málo pozitivního: získali díky nim přesný chronometr, pomocí něhož lze datovat všechno možné: od lidských buněk až po malířská díla.

Ačkoliv nešlo o vraždu, stáli vyšetřovatelé před obtížným úkolem. Museli zjistit, která z žen zemřela později. Ve hře totiž byly značné peníze. Sestry měly vysoké životní pojistky a žádné dědice. Pojišťovací společnost té z nich, která odešla ze světa jako druhá, měla získat z pozůstalosti většinu.

Otisk gigantických explozí si v sobě nese každý člověk. Vyšetřovatelé se zeptali vědců z Vídeňské univerzity, jestli by nepomohlo radiometrické uhlíkové datování. Dozvěděli se, že nikoliv. Metoda se hodí pro organismy, které zemřely před tisícovkami let, a pracuje s chybou až stovek roků. Je totiž založena na radioaktivním rozpadu, který probíhá velmi pomalu. Jak ale nedávno vylíčil časopis Science, vědci si nakonec přece jen poradili. Napadlo je využít neobvyklou pomůcku: atmosférické testy jaderných zbraní, které probíhaly především v 50. letech a počátkem 60. let.

Ačkoli sestry žádnou jadernou střelnici nikdy nenavštívily, dávné výbuchy atomových bomb se týkají i jich. Otisk gigantických explozí si totiž v sobě nese každý. Do ovzduší během pokusných výbuchů uniklo velké množství radioaktivního izotopu uhlíku, takzvaného uhlíku 14, označovaného 14C. Izotop putuje biosférou a končí i v našich tělech. Uhlík 14 se v přírodě vyskytoval vždycky, po zahájení testů se však jeho množství ve vzduchu rychle zvyšovalo. Vrcholu dosáhlo kolem roku 1963, kdy hlavní jaderné mocnosti od vzdušných a pozemních výbuchů upustily. Od té doby množství uhlíku 14 klesá, stále je však vyšší než před příchodem jaderného věku.

Zmíněný izotop je v podstatě neškodný a může prozradit překvapivé informace. Zúčastňuje se fotosyntézy, a ze vzduchu tedy míří do rostlin. Odtud se dostává do živočichů, kteří se rostlinami živí. S potravou proniká i do lidského těla a stává se součástí buněk a tkání. Důležité je, že přesně víme, kolik uhlíku 14 ve vzduchu bylo v jednotlivých letech. A toto množství se odráží i v lidském těle – čím víc 14C je v ovzduší, tím víc se ho s malým zpožděním dostává i do organismu. Kdyby tedy měli vědci k dispozici materiál obsahující uhlík, který v tělech obou sester vznikal krátce před jejich smrtí, třeba tuk z kostí, mohli by záhadu vyřešit. Stačilo by změřit množství 14C v tuku a výsledek porovnat s historickými záznamy o koncentracích izotopu v ovzduší.

Fungovalo to. Analýzy prozradily, že jedna ze sester zemřela o rok dříve a druhá pak žila v jednom bytě s mrtvolou. O to ale příliš nejde. Důležité je, že se zrodila nová metoda, pomocí níž lze s velkou přesností určit stáří biologického materiálu. Brzy se ukázalo, že ji lze využít nejen v kriminalistice.

Jedna z nejdůležitějších vědeckých debat

Nebýt mrtvých sester a úspěchu Vídeňské univerzity, věnovala by se bioložka Kirsty Spaldingová nejspíš příjemnějšímu výzkumu. Takhle však mladá Australanka, která nyní působí ve Švédsku, navštěvovala jatka, brala si odtud hlavy čerstvě poražených koní a dobývala se do nich.

Vědci se dříve domnívali, že v lidském mozku nevznikají žádné nové nervové buňky, neurony. S tím, co nám příroda dala do vínku, musíme vystačit až do smrti – a navíc o část duševních schopností přicházíme, protože buňky věkem odumírají. Pak se ale objevilo překvapivé zjištění a vypukla jedna z nejdůležitějších debat moderní vědy.

V roce 1998 americko-švédský tým zkoumal pacienty v posledním stadiu rakoviny, snažil se sledovat, kde a jak rostou v jejich tělech nové nádory. Badatelé nemocným podali látku bromodeoxyuridin (BrdU), která se při buněčném dělení zabudovává do nově vzniklé DNA, a slouží tedy jako návěstí označující nové buňky. Látka se kupodivu objevila nejen v nádorech, ale také v hipokampu, části mozku důležité pro paměť a emoce. I v hipokampu tedy docházelo k buněčnému dělení, vznikaly tu nové buňky; probíhala tu takzvaná neurogeneze. Někteří vědci výsledky zpochybnili s tím, že látka BrdU může dělení buněk sama vyvolat – pokud by ji pacienti nedostali, žádné nové neurony by nevznikly. Nebyl to jen akademický spor. Pokud by mozek uměl regenerovat sám sebe, existovala by naděje, že se podaří najít úplně nové metody léčby různých poranění mozku i některých nemocí, například Parkinsonovy a Alzheimerovy choroby.

Právě proto se Kirsty Spaldingová dobývala do koňských lebek a odebírala odtud vzorky mozkové tkáně. Doufala, že „vídeňská“ metoda vnese do sporu více světla, a snažila se vypracovat metodiku právě na těchto zvířatech. Princip je jednoduchý: v době, kdy buňka vzniká, se do její DNA dostává uhlík z okolního prostředí, pak už ne. Podle toho, kolik uhlíku 14 v DNA neuronů je, poznáme, v kterém roce příslušná buňka vznikla.

Teprve když se vše podařilo vyladit, obrátila badatelka pozornost k lidem. Vzorky mozkové tkáně zemřelých odeslala do gigantického detektoru izotopů v americké Lawrence Livermore National Laboratory. Výsledky kupodivu daly za pravdu skeptikům, kteří neurogenezi zpochybňovali: všechny neurony měly stejné „datum narození“ jako člověk, z jehož mozku pocházely – žádné mladší se odhalit nepodařilo. Neznamená to, že by teorie zrodu nových buněk v mozku padla, práce odvážné Australanky ale ukazuje, co všechno lze „díky“ jaderným explozím zkoumat.

A Spaldingová se neomezila jen na mozek. Podobná debata se vede i o tukovou tkáň. Tukové buňky vznikají v dětství, co se ale s nimi děje pak? Žijí s námi až do smrti, jak se většina vědců dosud domnívala? Nebo se i v těle dospělého člověka rodí nové a staré odumírají? Kdyby platila druhá možnost, obezita by svým způsobem ztratila nádech maléru, na který jsme si zadělali už v mládí a s kterým se nedá příliš mnoho udělat.

Spolu s kolegy Spaldingová prověřila tukové buňky sedmi set lidí. První překvapení přinesla tkáň pacientů, kteří se narodili ve 40. letech minulého století, tedy před začátkem jaderných testů; kdyby se buněčné zásobárny tuku v těle nevyměňovaly, mělo by v nich množství uhlíku 14 odpovídat přirozenému pozadí. Ve skutečnosti se ale výbuchy bomb v DNA tukových buněk odrazily, množství 14C tu vzrostlo. Buňky tedy musely vznikat až po začátku atomových zkoušek. Detailní analýzy pak ukázaly, že tukovým buňkám v organismu dospělého člověka je maximálně asi osm let. Znamená to, že se neustále obměňují.

Podle časopisu Nature, který výzkum letos zveřejnil, to může mít závažné důsledky pro léčbu obezity. Vědci se nyní mohou pokusit vyvinout přípravky, které by znemožnily vznik nových tukových buněk.

Nepravé víno a sloní kly

Trpělivá práce na jatkách, kterou si Spaldingová protrpěla, přinesla ještě jeden zajímavý výsledek. Badatelka zkoumala kromě mozků mrtvých koní také jejich zuby a ukázala, že lze pomocí uhlíkové metody určit přesněji než dříve věk zvířete. Sklovina se totiž formuje v mládí a pak už se nemění, takže se v ní navždy „otiskne“ koncentrace vzdušného uhlíku 14 z doby, kdy vznikala. Není důvod, proč by to nemohlo fungovat i u lidí.

Výzkumný ústav ve Stockholmu, kde Spaldingová působí, se před několika lety ocitl v obtížné situaci. Nakupila se v něm těla obětí vlny tsunami, která udeřila koncem roku 2004 po ničivém podmořském zemětřesení u břehů Sumatry. V Indonésii tehdy zahynuly stovky švédských turistů a těla obětí byla po několikadenním pobytu ve vodě tak poničena, že nešlo určit totožnost ani odhadnout věk. Identifikovat zemřelé sice mohly pouze testy DNA, kdyby se ale nejprve podařilo určit stáří těl, posloužilo by to specialistům alespoň k základní orientaci, o koho může jít. Experti se tedy obrátili na Spaldingovou a ta jim skutečně pomohla. Podařilo se jí stanovit stáří zemřelých s přesností necelých dvou let.

Metodu se od té doby naučili používat i další vědci. Chtějí s její pomocí například zkoumat, zda se během života obnovují buňky srdečního svalu a buňky slinivky produkující inzulín. Sledování uhlíku 14 může také pomoci při výzkumu toho, kde a jak se v těle dělí kmenové buňky.

Atomové testy způsobily desítky tisíc případů rakoviny.Zároveň se objevují velmi překvapivé nápady. V Austrálii pomocí vídeňské metody určují dobu, kdy bylo z hroznů vyrobeno víno, a pomáhají tak odhalovat padělky skrývající se pod etiketami věhlasných značek. Izotop z jaderných bomb se totiž v ovzduší stává součástí oxidu uhličitého, který se pak v hroznech mění v cukr – a ten se nakonec ve víně proměňuje v alkohol. Právě stáří této proměny lze pomocí uhlíku 14 zjistit. Větší pozor si nyní musejí dávat také padělatelé obrazů a pytláci. Metoda totiž může ukázat, zda barva na malířském plátně pochází z doby před zahájením atomových testů, či nikoliv. O uhlík 14 se zajímají i ochránci slonů. Kly totiž rostou po celou dobu života tlustokožců a vědci mohou rozpoznat, zda nepocházejí ze zvířete uloveného po zákazu obchodu se slonovinou.

Čeští experti na kriminalistiku zatím metodu nepoužívají. „Myslím, že o ní vědecká obec ani moc neví. Objíždím přednášky kriminalistů a soudních lékařů a nikdo o tom nehovořil,“ říká genetik Daniel Vaněk z firmy Forenzní DNA servis. Je to podle něj škoda, pro kriminalisty by bylo velmi užitečné zjišťovat tímto způsobem například dobu, která uplynula od smrti nalezeného člověka, podobně jako se to podařilo v případě vídeňských sester. „Minulý rok jsem měl případ, kde by se tento typ analýzy velmi hodil. Šlo o identifikaci dvou stehenních kostí neznámé mrtvoly,“ dodává genetik, který nyní začal o metodě zjišťovat podrobnosti.

Zármutek doktora Divnolásky

Jakkoli je metoda velmi užitečná, nelze zapomenout, čemu za ni vděčíme. Uhlík 14 není nebezpečný – je to sice radioaktivní izotop, rozpadá se však velmi pomalu a relativně neškodným způsobem. V přírodě se přitom přirozeně vyskytují radioaktivní draslík a radon, prvky, které mají na svědomí podstatně větší ozáření lidského organismu. Při atmosférických testech atomových bomb však planetu zamořily daleko horší izotopy než uhlík 14. Například jód 131, který způsobuje hlavně rakovinu štítné žlázy. Ukládá se na pastvinách a dostává se do kravského mléka. Lidé jej vdechují a přijímají s potravou. Rakovinotvorný jód je proto přítomen i v mléce mateřském. Jód 131 se rychle rozpadá, a je tedy nebezpečný jen během několika týdnů po explozi. Zato stroncium 90 a cesium 137, radioizotopy s poločasem rozpadu zhruba 30 let, ohrožují lidstvo mnohem déle. Poškozují mimo jiné kostní dřeň a mohou vyvolat leukémii i jiná zhoubná onemocnění.

Podle informací zveřejněných před dvěma lety v časopise American Scientist způsobily jaderné testy ve Spojených státech přibližně 54 tisíc případů rakoviny štítné žlázy (horní hranice odhadu je 200 tisíc případů). V naprosté většině onemocněli lidé, kteří oslavili 20. narozeniny někdy v období let 1951–57. Za devět z deseti těchto onemocnění mohou zkoušky na jaderné střelnici v Nevadě, zbývajících 10 procent má na svědomí globální spad z testů po celém světě.

Na leukémii zemřelo ve Spojených státech kvůli jaderným testům asi 1800 lidí, dalších 22 000 onemocnělo nejrůznějšími jinými druhy rakoviny. V oceánu všech zhoubných onemocnění je to sice jen kapka, přesto však nelze brát účinky pokusných výbuchů na lehkou váhu. Ve střední Evropě, která je od hlavních sovětských střelnic v Kazachstánu a Severním ledovém oceánu o něco dále, než je Nevada od zbytku USA, mohou být čísla trochu nižší.

Přebytečný uhlík 14 se nyní z ovzduší zvolna stěhuje do rostlin, živočichů, oceánů a dalších částí biosféry. Jeho množství ve vzduchu klesá a lze očekávat, že po roce 2020 začnou kvůli tomu některé druhy zmíněných analýz selhávat. Dar, který jako by pocházel od doktora Divnolásky ze známého Kubrickova filmu, postupně ztratí svoji kouzelnou moc. Obnovit kvůli tomu jaderné zkoušky, jak by doktor Divnoláska nejspíš žádal, by však bylo krajně nerozumné.

Bioložka Kirsty Spaldingová pomocí uhlíku 14 zkoumala, zda v mozkové kůře člověka dochází k neurogenezi, tedy zda tu vznikají nové nervové buňky. Zjistila, že nikoliv. Přesto vědci odmítají nad teorií neurogeneze lámat hůl. Upozorňují například, že Spaldingová zatím netestovala hipokampus, kde by se měly nové nervové buňky rodit především. Loni se navíc podařilo ukázat, že neurogeneze v hipokampu skutečně probíhá. Posloužila k tomu metoda zvaná protonová nukleární magnetická rezonance, jediná, s jejíž pomocí lze sledovat vznik nových buněk i v mozku živých lidí.

„Neurogeneze je nyní považována za vědecký fakt,“ říká lékař Jiří Šedý z Ústavu experimentální medicíny AV ČR. V určitých částech mozku se nacházejí kmenové buňky, z nichž vznikají nové neurony. Dochází k tomu ovšem nesmírně vzácně – rodí se maximálně několik desítek nových neuronů ročně. Vzhledem k tomu, že centrální nervový systém obsahuje až pět miliard nervových buněk, je to zanedbatelné množství. Metoda, kterou Spaldingová použila, nemusela být dostatečně citlivá na to, aby tento proces zaznamenala.

Protože neurogeneze probíhá tak pomalu, není jednoduché mozek přimět, aby se „opravil sám“. Naděje na nové metody léčby se nenaplňují tak rychle, jak si někteří odborníci před deseti lety představovali. Vědci se nyní spíše snaží nalézt způsob, jak zachránit ty nervové buňky, které zranění mozku – třeba při infarktu – přežily. Hledají také cesty, jak do mozku dodat kmenové buňky zvenčí a jak neurony, které z nich vzniknou, přimět k tomu, aby se zabudovaly do okolní mozkové tkáně.

(Respekt, www.respekt.cz)