RNA hraje v našich buňkách klíčovou roli, ale dlouho zůstávala téměř neviditelná. Nová technologie z University of Massachusetts umožňuje sledovat její pohyb a funkce v živých buňkách v reálném čase – a může změnit budoucnost medicíny i genetiky.
Po desetiletí žila RNA ve stínu své slavnější příbuzné DNA. Bez RNA by však neexistoval život, jak ho známe. Je přítomna v každé naší buňce, funguje jako posel mezi geny a továrnami na bílkoviny, reguluje, které geny a kdy se aktivují, pomáhá organizovat vnitřní architekturu buňky a podílí se na tak jemných procesech, jako je embryonální vývoj, imunitní reakce a funkce mozku. Navzdory svému zásadnímu významu zůstává jedním z velkých neprobádaných území moderní biologie, mimo jiné proto, že pozorování jejího působení uvnitř živých buněk bylo až dosud mimořádně obtížné.
Když mluvíme o RNA, nemáme na mysli jedinou molekulu, ale celou rodinu s velmi odlišnými osobnostmi. Existuje messengerová RNA (mRNA), která přenáší instrukce z DNA do ribozomů; transferová RNA (tRNA), která funguje jako „překladač“ při výrobě bílkovin; ribozomální RNA (rRNA), která je součástí samotného ribozomu; a množství nekódujících RNA, které nevytvářejí bílkoviny, ale řídí klíčové procesy, od umlčování genů až po způsob skládání genomu uvnitř jádra. V posledních letech se tento vesmír regulačních RNA – mimo jiné mikroRNA, lncRNA, siRNA – vyvinul ze zajímavosti v ústřední téma moderní biologie a medicíny.
Tato překážka, která brání vidět RNA v akci, se právě výrazně zmenšila díky nové metodě vyvinuté chemiky z University of Massachusetts Amherst, která umožňuje zachytit obrazy messengerové RNA uvnitř živých buněk pomocí tří různých barev. Tento průlom, publikovaný v časopise Nature Methods, otevírá dveře k pozorování toho, jak se různé typy RNA pohybují, interagují a plní své funkce v reálném čase, jako by se poprvé rozsvítilo světlo v molekulární krajině, která byla vždy ve stínu.
Existuje mnoho nemocí, které vznikají, když se v RNA něco pokazí,“ vysvětluje vedoucí studie Daisy Phamová. A RNA hraje v našich buňkách klíčovou roli: je to posel, který buňce říká, jak má vytvářet bílkoviny, pro které je DNA hlavním plánem. Dokáže zapínat a vypínat specifické geny, organizovat a tvarovat buněčné struktury a vykonávat další funkce, které musí probíhat s naprostou přesností, aby buňky zůstaly zdravé.
Chyby v kterémkoli z těchto kroků mohou mít závažné důsledky. Mutace, které narušují zrání messengerové RNA, stojí za nemocemi, jako je spinální svalová atrofie; poruchy malých regulačních RNA jsou spojeny s různými typy rakoviny; a jemné změny v tom, jak jsou RNA zpracovávány a přenášeny v neuronech, jsou spojeny s neurodegenerativními poruchami, jako je Alzheimerova choroba nebo amyotrofická laterální skleróza (ALS). Pochopení toho, kde přesně se která RNA nachází, jak dlouho vydrží, s jakými molekulami souvisí a jak se pohybuje v buňce, není technický detail: je to hlavní část pochopení toho, proč biologie funguje… nebo nefunguje.
Jak zdůrazňuje spoluautor studie Jiahui (Chris) Wu, hlavní autor článku, velkou výzvou vždy bylo, jak studovat něco tak zásadního, a přitom tak malého. Jsme nesmírně zvědaví na všechny funkce RNA,“ dodává Wu, „a velkou otázkou je, jak je skutečně studovat. Nejlepší odpovědí je podívat se na ně uvnitř živé buňky, ale jsou neuvěřitelně malé. Jedno vlákno RNA má tloušťku jen několik nanometrů, což je mnohem méně, než dokáže běžný světelný mikroskop rozlišit bez pomoci chemických nebo fyzikálních triků.
Dr. Kevin McKernan, a pioneering genomicist, pulls no punches on the RNA tech at the heart of mRNA vaccines. In a candid reflection, he spotlights how swapping every uracil for pseudouridine—a tweak to evade immune detection—fundamentally rewires the molecule's behavior. "You… pic.twitter.com/wbXcGyA9vS
— Camus (@newstart_2024) November 17, 2025
Doposud byla jednou z nejčastěji používaných strategií pro lokalizaci specifických RNA hybridizace in situ (FISH), která používá malé fluorescenční sondy DNA, jež se přilepí na sekvenci RNA, která je předmětem zájmu. Je to velmi přesná technika, ale má jednu velkou nevýhodu: vyžaduje fixaci a usmrcení buněk. Jinými slovy, poskytuje statický obraz, nikoli film. Jiné přístupy, například systém MS2 – který využívá virové proteiny, jež se vážou na opakující se sekvence vložené do RNA – sice umožňují pozorovat RNA v živých buňkách, ale obvykle vyžadují silnou modifikaci zkoumaných molekul a často vytvářejí signály na pozadí, které znesnadňují interpretaci výsledků.
Klasický přístup spočívá v připojení fluorescenčních značek ke specifickým molekulám RNA a jejich pozorování pod mikroskopem. Jedná se o účinnou metodu, která má však jedno zásadní omezení: tyto značky jsou obvykle stále zapnuté, což vytváří šum na pozadí a ztěžuje jasné rozlišení toho, co se v daném okamžiku děje. Phamův tým se rozhodl jít o krok dál a tuto myšlenku zdokonalit.
Místo trvale aktivních značek navrhli fluorescenční proteiny, které vyzařují světlo pouze tehdy, když se vážou na určitou oblast RNA. Výsledkem je mnohem čistší signál, který se rozsvítí pouze tehdy, když je správná molekula na správném místě. Navíc se jim podařilo vytvořit tři různé verze těchto proteinů, z nichž každá je spojena s jinou barvou (jedna zelená a dva typy červené), což umožňuje sledovat současně několik typů RNA s různými funkcemi v rámci jedné buňky.
Klíč spočívá v poměrně jednoduše pochopitelném principu: podmíněné fluorescenci. Proteiny navržené týmem z Massachusetts jsou ve výchozím nastavení „vypnuté“, podobně jako odpojená žárovka. Teprve když rozpoznají a naváží se na malou značku RNA – specifický motiv přidaný ke sledované molekule – změní tvar, „zapojí se“ a začnou vydávat světlo. Tato strukturální změna funguje jako molekulární spínač, který drasticky snižuje šum na pozadí a umožňuje mnohem jasněji vidět, kde se označená RNA nachází a co dělá.
Použití tří barev není jen estetickým detailem. V buněčné biologii umožňuje schopnost rozlišovat signály podle barev sledovat procesy, které probíhají paralelně. Například ve stejném experimentu může být RNA kódující protein nezbytný pro metabolismus označena zeleně, RNA podílející se na reakci buňky na stres červeně a regulační RNA, která moduluje aktivitu dvou předchozích, jiným odstínem červené. Tímto způsobem mohou vědci zjistit, jak se vzájemně koordinují, zda jsou soustředěny ve stejných oblastech buňky nebo zda reagují odlišně na podnět, jako je změna teploty nebo přítomnost léčiva.
Nyní můžeme pozorovat různé typy RNA v akci uvnitř živé buňky,“ říká Pham, „a lépe pochopit, jak dělají to, co dělají. Je to změna koncepčního měřítka: už nejde jen o to vědět, že RNA existuje, nebo odvodit její chování z nepřímých experimentů, ale sledovat, jak pracuje, jak se pohybuje a reaguje na své prostředí v reálném čase. Tato schopnost sledovat pohyb RNA vteřinu po vteřině umožňuje například studovat, jak jsou určité zprávy přenášeny z jádra do velmi vzdálených oblastí cytoplazmy, což je zvláště důležité u neuronů, kde axony mohou měřit centimetry nebo dokonce metry.
Metoda také otevírá dveře ke zkoumání buněčných struktur, které donedávna ani nebyly považovány za „struktury“ v klasickém slova smyslu. V posledních letech bylo zjištěno, že mnoho molekul RNA a bílkovin tvoří tekuté kondenzáty – jakési kapičky uvnitř buňky – které fungují jako dočasná řídicí centra pro regulaci genové exprese nebo reakci na stres. Možnost sledovat, které RNA do těchto kondenzátů vstupují a které z nich vystupují a v jakém čase, může pomoci lépe pochopit jevy, jako je tvorba stresových granulí nebo defekty v těchto procesech, které jsou spojovány s neurodegenerativními onemocněními.
Kromě základní zvědavosti jsou zřejmé i biomedicínské aplikace. Například v případě rakoviny se mnoho moderních léčebných postupů snaží blokovat specifické RNA nebo je využívat jako cíle léčiv. V oblasti vakcín proti messengerovým RNA – jako jsou vakcíny vyvinuté proti COVID-19 – je klíčem ke zlepšení jejich účinnosti a bezpečnosti přesné pochopení toho, jak se RNA zavedené do těla distribuují a jak dlouho zůstávají aktivní. Nástroje, jako je ten, který vyvinul tým z Massachusetts, by mohly pomoci optimalizovat tyto terapie tím, že umožní v reálném čase sledovat, co se děje s terapeutickými RNA uvnitř buněk.
Metoda navíc není omezena na konkrétní laboratoř. Autoři postup zveřejnili, aby jej mohly do svého experimentálního arzenálu začlenit i další týmy. Ten zahrnuje nejen podrobný popis fluorescenčních proteinů a značek RNA, ale také protokoly pro jejich použití v různých typech buněk a doporučení pro kombinaci s pokročilými mikroskopickými technikami. V oblasti, kde je pochopení role RNA klíčové pro řešení genetických onemocnění, neurodegenerativních poruch nebo některých typů rakoviny, se tento nový nástroj může stát rozhodujícím prvkem při odhalování toho, jak řetězec molekulárních písmen nakonec formuje život.
Stejně jako každá nová technologie má i tato svá omezení a výzvy. Metoda zatím vyžaduje zavedení specifických značek do studovaných RNA, což znamená genetickou manipulaci buněk nebo přidání syntetických sekvencí. Také další zvyšování počtu barev, aniž by se signály překrývaly, je velkou technickou výzvou. Přesto se Phamova a Wuova práce přidává k širšímu trendu v biologii: vývoji stále citlivějších a specifičtějších mikroskopů, které umožňují vidět dříve neviditelné procesy, od organizace DNA v jádře až po chování jednotlivých proteinů.
Po léta byla RNA popisována jako diskrétní prostředník mezi DNA a proteiny. Technologie, jako je tato, začínají ukazovat, že je ve skutečnosti hlavním hráčem v buněčné biologii. A poprvé ji můžeme vidět při práci v průběhu života.