Recept na dlouhověkost

Cílem bylo získat alespoň malý vzorek DNA žraloka malohlavého (neboli grónského). Jeho genetická informace v sobě totiž skrývá tajemství naprosto výjimečné dlouhověkosti.

„Jsme spíše laboratorní krysy, které se do terénu běžně nedostanou. Pro mě osobně byla expedice na Islandu první podobnou zkušeností,“ vzpomíná po více než půl roce Václav Brázda z Biofyzikálního ústavu AV ČR v Brně. Není zoologem, který by se zabýval výzkumem oceánských živočichů, žralok malohlavý si ho získal vyloženě díky své výlučné genetické výbavě.

Dlouhodobým předmětem vědeckého zájmu brněnského vědce je protein p53, kterému se přezdívá „strážce genomu“. V buňce má funkci senzoru poškození DNA a reguluje expresi genů, které mohou kontrolovat růst buněk i jejich stárnutí. Chtěli tedy zjistit, jestli se bude tento protein u grónského žraloka odlišovat od jiných živočichů.

Plavba pro vzorek

V genetické databázi, do níž vkládají údaje vědci z celého světa, lze najít informace o DNA mnoha organismů. Žralok malohlavý v ní ale dosud chyběl. Čekání, až někdo jiný získá potřebná data, přišlo vědcům jako velmi špatná strategie, takže se rozhodli získat si vzorek k analýze přímo v místě jeho výskytu. Smělý projekt expedice k islandským vodám podpořil Nadační fond Neuron.

V srpnu 2022 na „lov žraloka“ vyrazil pětičlenný tým sestávající z vědců z Brna a Ostravy. Pomyslným kapitánem lodi a koordinátorem výpravy byl Václav Brázda. Martin Bartas z Ostravské univerzity připravoval itinerář a měl na starosti bioinformatickou analýzu dat. Jeho kolegové ze stejné instituce Adriana Volná a Jiří Červeň se zabývali zejména přípravou vzorků, izolací a charakterizací nukleových kyselin a následnými sekvencemi. Pětici doplňovala Michaela Dobrovolná z Vysokého učení technického, která vedla expediční deník a analyzovala genomová data.

Vše se nakonec odehrálo trochu jinak, než si tým plánoval, a také závěr mise byl poněkud odlišný od původní představy. „První noc po našem příjezdu bylo zemětřesení pátého stupně, probudil jsem se a ve zdi vidím puklinu. Tři dny nato vybouchla sopka a při bouři, kdy byly vlny větší než šest metrů, s námi i zkušený místní mořský vlk odmítl vyjet na moře. Dost nám to zkomplikovalo časový plán a nestrávili jsme na lodi tolik času, kolik bylo potřeba,“ vzpomíná dnes Václav Brázda.

Domů bez vlastního žraloka

Čerstvé maso žraloka malohlavého je pro člověka toxické a jíst se dá až po složitých úpravách, ale ani tehdy není žádnou pochoutkou. Na Islandu se proto už několik desítek let neloví. První kroky týmu expedice z České republiky tak vedly do malé rybářské vesničky Bjarnarhöfn, kde se nachází muzeum lovu žraloků malohlavých. Provázel je muž, jehož dědeček byl prý posledním aktivním lovcem tohoto gigantického druhu paryby.

Vybaveni několika cennými radami se výzkumníci vydali na ostrov Heimaey, který je mimochodem také největším hnízdištěm papuchalků severních. V místním přístavu prošli základním výcvikem obsluhy lodi, přichystali masovou návnadu, háky a sítě a vypluli. Byli prý první lodí po dlouhých sto letech, která na oceán vyplula vysloveně s cílem najít a ulovit žraloka malohlavého! Výhodou čerstvě chyceného zvířete by byla kvalita vzorku, z nějž by se dala izolovat DNA i RNA. Bohužel, přes opakované pokusy se cíl nezdařil, žraloka se nepodařilo nalákat.

Vědci přesto zcela s prázdnou neodjeli. „Naštěstí pro nás občas nějací žraloci grónští uvíznou ve velkých rybářských sítích loveckých společností, takže takto oklikou jsme získali alespoň nějaký vzorek vhodný pro analýzu nukleových kyselin,“ říká Václav Brázda. Nadto navázali spolupráci s místními vědci, kteří slíbili, že jim dají vědět, jakmile se zase nějaký žralok v rybářských sítích objeví.

Pětimetrová babička

Žralok malohlavý (Somniosus microcephalus) není žádný drobeček. Může dorůst do délky přes šest metrů a dosáhnout hmotnosti kolem jedné tuny. Žije v hlubokých chladných vodách oceánu, a možná i proto byl dosud spíše opomíjeným předmětem vědeckého zájmu. Což je s podivem, vzhledem k jeho výjimečnosti. Podle dosud získaných dat je zřejmě nejdéle žijícím obratlovcem na planetě.

V roce 2016 o něm v časopise Science vyšla rozsáhlejší studie. S využitím metody radiokarbonového datování se podařilo blíže určit jeho možné maximální stáří. Z analýzy vzorků očních čoček 28 samic vyšlo najevo, že pohlavní zralosti dosahují přibližně ve 150 letech, věkové rozpětí zkoumaných zvířat bylo více než 270 let. U největší samice, která měřila přes pět metrů, odhadli vědci věk na 272 až 512 let.

Vedle výjimečné dlouhověkosti je dalším zarážejícím faktem jejich skvělá kondice – téměř se jim vyhýbají neurodegenerativní a nádorová onemocnění. „S nadsázkou se dá říct, že proti lidem nepotřebují tito žraloci žádné nemocnice ani pečovatelskou službu, kde by se o jedince v pokročilém věku starali, aby žili déle. Oni jsou stále aktivní, i když mají stovky let,“ říká Václav Brázda.

Grónští žraloci se vymykají nejen ve světě obratlovců celkově, ale i ve skupině vlastních příbuzných. Většina jiných druhů žraloků se dožívá desetkrát nižšího věku a liší se i způsobem života. Žraloka si většinou představíme jako divokého nebezpečného predátora, ten grónský se ale za kořistí nehoní. Raději pomalu vyčkává na mršiny, výjimečně napadne ve vodě spící ploutvonožce, především tuleně. Nač dělat prudké pohyby, když má na všechno času dost.

Puzzle s miliardou dílků

Václav Brázda spolu s kolegy z Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity už dříve objevil specifické sekvence proteinu p53 u dlouhověkých organismů. Proto byli velmi zvědaví, jestli podobné anomálie, nebo ještě další, najdou také u grónského žraloka.

Přímo na Islandu s sebou měli malou polní laboratoř, ve které zpracovali kus darované žraločí svalové tkáně a izolovali z ní část DNA vhodnou pro pozdější sekvenace. Hlavní porce práce pak nastala po příletu do České republiky. „Pomocí sekvenování nové generace jsme získali obrovské množství dat – jde o stovky miliard písmenek genetické informace. Jednotlivé dílky se snažíme seřadit tak, aby dávaly smysl. Je to podobné, jako byste skládali puzzle, jenže v tomto případě vám chybí předloha,“ připodobňuje Václav Brázda.

První dílčí výsledky už ale jsou a týkají se například právě zmiňovaného proteinu p53 – onoho strážce genomu, který souvisí se stárnutím organismu. Při srovnávání p53 u žraloka malohlavého a u jiných organismů vyšlo najevo, že se liší konkrétně v oblasti takzvaného L2 loopu, kterým se protein váže k DNA.

Proteinů, jež můžou ovlivňovat proces stárnutí, je ale v tělech živočichů více. „Zajímavé je, že sekvence některých z nich jsou velmi podobné jak u žraloků, tak u lidí. U jiných jsou naopak nečekaně velké rozdíly. Ukazuje se to například u jednoho z těch, které mají na starosti stárnutí – u H2AX proteinu,“ říká Václav Brázda. H2AX krátkověkého žraloka a člověka jsou si relativně podobné, zatímco žralok malohlavý se od obou liší.

Další plány

Jelikož genom žraloka malohlavého dosud nikdo dopodrobna nezkoumal, přináší práce týmu Václava Brázdy jedinečné inovativní výsledky. Vědec plánuje, že je sepíše do podoby odborného článku a nechá otisknout v některém z prestižních časopisů. Zároveň má v úmyslu se na Island vrátit, aby získal čerstvý vzorek DNA žraloka malohlavého. Spolu s kolegy z Ostravské univerzity nyní připravuje žádost o větší mezinárodní projekt s tímto cílem.

Výsledky analýzy „proteinů dlouhověkosti“ jsou přínosné nejen pro vyluštění záhady výjimečného genomu grónských žraloků, ale výhledově také pro lidskou medicínu. Bylo by lákavé poznat jeho „lektvar“ dlouhého života a v podstatě bezvadného stáří.

Loni v létě vypuklo na začátku expedice českých vědců na Islandu zemětřesení. Způsobí jednou v budoucnosti vědecké zemětřesení i výsledky analýzy vzorků, které na místě odebrali? Pokud se genetickou hádanku islandské paryby podaří dokonale rozluštit a využít až za desítky či stovky let, my už u toho nebudeme. Náš žraločí současník ale nejspíše ano.

Autorka: Leona Matušková

Článek vyšel v magazínu Akademie věd ČR A / Věda a výzkum, který vydává Akademie věd ČR.

Václav Brázda

Vystudoval molekulární biologii a genetiku na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. V letech 2005–2006 absolvoval postdoktorandský pobyt na University Health Network v Ontario Cancer Institute v kanadském Torontu. Vyučuje genové technologie a bioinformatiku na Fakultě chemické VUT v Brně. Zabývá se bioinformatickými analýzami nukleových kyselin, vztahem mezi strukturou a funkcí DNA a interakcemi proteinu p53 a DNA. Ve volném čase zpívá ve vokální skupině DNA – Dej Nám Akord a píše poezii. Působí na Biofyzikálním ústavu AV ČR.