Biologové Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity (PřF OU) se před časem zaměřili na zkoumání drobného eukaryotického bičíkovce – skrytěnky. Pro svůj výzkum si vybrali vzorek druhu Cryptomonas gyropyrenoidosa, který pochází z univerzitní sbírky v německém Goettingenu. Tohoto drobného bičíkovce do ní uložil významný německo-židovský biolog Ernst Georg Pringsheim, který v roce 1939 prchl z Česka před nacisty do Velké Británie, a kromě Prahy působil na univerzitách v Cambridge, Berlíně a zmíněném Goettingenu. Čeští biologové přitom nebyli prvními, které tato řasa zaujala. Už před 30 lety jejich předchůdci pomocí elektronového mikroskopu objevili v jejím nitru vnitrobuněčné bakterie a pozorovali částice připomínající bakteriální viry (tzv. fágy).

Skrytěnka spojila Čechy a Kanaďany

Ve stejnou dobu jako čeští vědci pak se vzorkem začal nezávisle pracovat i tým z University of British Columbia v kanadském Vancouveru. „Dozvěděli jsem se o tom od našeho spolupracovníka z Japonska. Nejdříve nás to zaskočilo, ovšem rychle se nám podařilo s kanadskými kolegy zkontaktovat a dohodli jsme se na tom, že namísto soutěžení své síly spojíme. Do party jsme přibrali ještě další kolegy z Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích a dohromady jsme tak získali mnohem úplnější obraz unikátního mikrokosmu uvnitř skrytěnky,“ přibližuje profesor Marek Eliáš z PřF OU.

Složité, tzv. eukaryotické buňky charakteristické pro většinu dnes žijících organismů (s výjimkou bakterií a archeí dříve označovaných jako archebakterie) vznikly před více než 1,5 miliardou let tak, že hostitelskou buňku vzniklou z archeálních předků osídlila bakterie – endosymbiont, z něhož se posléze vyvinula buněčná organela známá jako mitochondrie. Téměř každá eukaryotická buňka tak obsahuje přinejmenším dva genomy – větší je uložen v buněčném jádře a menší v mitochondrii. Buňky řas a rostlin navíc mají ještě samostatný genom v chloroplastu – fotosyntetizující organele vzniklé z endosymbioticky žijící sinice.

Předchůdci skrytěnek byli dravými buňkami

Předci dnešních srytěnek byly volně plovoucími dravými buňkami, které schopnost fotosyntézy získaly pohlcením jiné buňky, v tomto případě červené řasy (tzv. ruduchy). V jejich nitru tak byly v minulosti pozorovány kombinace čtyř genomů – jaderného a mitochondriálního genomu hostitelské buňky, genomu plastidu endosymbiotické ruduchy a velmi redukovaného jaderného genomu v tzv. nukleomorfu („zbytkovém“ jádře ruduchy). Bližší zkoumání skrytěnky z německého Goettingenu pak česko-kanadskému týmu potvrdilo přítomnost hned dvou druhů bakterií a také fága. Ke čtyřem genomům typickým pro skrytěnky tak připočítali tři nové genomy.

„Pomocí elektronového mikroskopu, genomiky a metody zvané FISH (fluorescenční in situ hybridizace) jsme zjistili, že buňka skrytěnky má hned dva různé bakteriální endosymbionty známé i z jiných hostitelů pod názvy Megaira polyxenophila a Grellia numerosa. Jeden z nich byl navíc infikován bakteriofágovým virem, který jsme pojmenovali MAnkyphage a jenž představuje dosud neznámou skupinu fágů. Právě ten má velmi zajímavý genom obsahující geny, na jaké jsme dosud ve virech nenarazili, a také několik toxin-antitoxin systémů, které mohou ovlivnit chování hostitelské bakterie nebo řasy,“ vysvětluje za ostravský tým doktorka Dovilė Barcytė z PřF OU.

Vyvážené vztahy mezi skrytěnkou a bakteriemi

Toto seskupení bakterií a viru dle závěru česko-kanadských vědců ve skrytěnce žilo už v době, kdy ji našel Ernst Georg Pringsheim. Od té doby se v rámci souvislého pěstování v univerzitní sbírce přenášelo na všechny její potomky – a to napříč nejméně 4400 generacemi. Vědci si ale doteď pokládají otázku, jak se udržela křehká rovnováha mezi oběma bakteriemi, fágem a hostitelskou buňkou.

Analýza genomů obou bakteriálních endosymbiontů skrytěnky odhalila detaily jejich podoby na molekulární úrovni a poukázala na možné metabolické interakce mezi nimi i hostitelskou buňkou. Vědcům se podařilo prokázat, že fág obsažený ve skrytěnce dokáže v tomto těsném společenství napadat pouze bakterii Megaira, a i přesto je tato bakterie početnější než její rezistentní souputnice Grellia. Zároveň dospěli k závěru, že také vztahy mezi skrytěnkou a oběma bakteriemi musí být nastavené vyváženě, aby se bakterií nezbavila či aby se v ní bakterie nenamnožily do patologického množství. Vše navíc komplikují značně záhadné „sobecké“ genetické elementy přítomné v genomech obou bakterií i fága.

Výzva pro výzkumníky projektu LERCO

Ke zkompletování celé „skládačky“ vědcům chybí ještě osekvenovat a zanalyzovat násobně větší jaderný genom, což je úkol pro další výzkum.

„Ukazuje se, že bakteriální endosymbióza je v přírodě nečekaně běžná, ale zatím o ní víme strašně málo. Není tedy divu, že zkoumání endosymbióz je jedním z hlavních výzkumných programů nového projektu LERCO, který právě startuje na Ostravské univerzitě a díky němuž budeme moci do výzkumu zapojit nové pracovníky. Věřím, že se nám, i díky naší aktuální práci na skrytěnce, podaří do Ostravy přilákat další vynikající vědce,“ uzavírá prof. Marek Eliáš z PřF OU.

Úspěch mezinárodního týmu vědců zaujal také v zahraničí. Jejich závěry se objevily v týdenním přehledu nejzajímavějších článků z jiných časopisů v rámci prestižního periodika Science, a také na stránkách New Scientist.

Za doplnění informací děkujeme profesorovi Marku Eliášovi a také Biologickému centru AV ČR.