Rekordní počet genomů zaznamenaných v jediné buňce skrytěnky.
Není neobvyklé, že buňky mají více genomů. Předpokládá se, že složité buňky vznikly asi před 3 miliardami let a v průběhu svého evolučního vývoje do sebe pojaly bakterie, s nimiž žily v symbióze a z nichž se později vyvinuly buněčné organely. Téměř každá živočišná buňka tak obsahuje dva genomy – větší je uložen v buněčném jádře, zatímco menší v mitochondrii, která vznikla právě během evoluce splynutím s bakterií. Každá rostlinná buňka má navíc ještě malý genom v chloroplastu, což byla původně sinice, díky níž získaly rostlinné buňky schopnost fotosyntézy.
Ještě složitější kombinaci čtyř genomů si uchovávají řasy kryptomonády (Cryptophyta), česky skrytěnky. Kryptomonádové řasy však nejsou rostlinné buňky. Začaly jako volně plovoucí dravé buňky a schopnost fotosyntézy získaly pohlcením jiné buňky - červené řasy.
A právě mezi kryptomonády patří i řasa Cryptomonas gyropyrenoidosa, kterou někdy před rokem 1970 nasbíral slavný botanik Ernst Georg Pringsheim, a která byla od té doby uchovávána v jeho posledním působišti na Goettingenské univerzitě. Nelze vyloučit, že tato řasa mohla být izolována mnohem dříve, třeba již během pobytu Pringsheima, který byl i československým občanem, v letech 1923 až 1938 na Ferdinandově univerzitě v Praze.
Česko-kanadský tým pod vedením Emmy George z Univerzity Britské Kolumbie v Kanadě si vyžádal vzorky této řasy, aby mohl analyzovat veškerou DNA uvnitř buněk a identifikovat její původ. Ke čtyřem genomům v buňce, jimiž se mohou pyšnit všechny kryptomonády, připočítali vědci u řasy z Goettingenu ještě tři další nové genomy. Skrytěnka totiž získala nejen jednoho, ale hned dva další bakteriální endosymbionty, z nichž jeden je navíc infikován bakteriofágovým virem (tj. virus, který napadá bakterie). Podle genetické analýzy se jedná o bakterie Grellia numerosa a Megaira polyxenophila a virus MAnkyphage.
Tento konglomerát bakterií a viru žil už v řase, kterou Pringsheim nasbíral, a od té doby se přenášel během více než padesátiletého souvislého pěstování v univerzitní sbírce na všechny její potomky, což představuje přibližně 4400 generací. Vědcům není úplně jasné, jak se udržela křehká rovnováha mezi oběma bakteriemi, bakteriofágovým virem i hostitelskou buňkou.
Vědcům se podařilo prokázat, že fág dokáže v tomto těsném společenství napadat pouze bakterii Megaira, a i přesto je tato bakterie početnější, než její rezistentní souputnice Grellia. Rovněž i vztahy mezi skrytěnkou a oběma bakteriemi musí být nastavené vyváženě tak, aby se řasa bakterií nezbavila, či aby se v ní bakterie nenamnožily do patologického množství. Vše navíc komplikují značně záhadné sobecké genetické elementy. „Je jasné, že stabilita tohoto složitého soužití po tisíce generací odráží jeho velmi vyvážené nastavení. Při značné představivosti tak lze v obou endosymbiotických bakteriích vidět předchůdce budoucích organel, ovšem v horizontu nejméně několika set milionů let,“ říká Julius Lukeš z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR, jehož tým se na objevu podílel.
Součástí mezinárodního vědeckého týmu byli také Marek Eliáš a Dovile Barcyte z Ostravské univerzity.
„Díky propojení s kanadským týmem, přes našeho japonského kolegu, jsme spojili dosavadní výsledky obou týmů a zkombinovali do mnohem úplnějšího obrazu unikátního mikrokosmu uvnitř skrytěnky. Pomocí elektronového mikroskopu, genomiky a metody zvané FISH (fluorescenční in situ hybridizace) jsme zjistili, že buňka skrytěnky má hned dva různé bakteriální endosymbionty. Navíc jsme potvrdili přítomnost bakteriálního viru, který jsme pojmenovali MAnkyphage, a který 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. Ty mohou ovlivnit chování hostitelské bakterie nebo řasy,“ vysvětluje Marek Eliáš z Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity.
Studie mezinárodního týmu byla publikována v odborném časopise Current Biology. Publikaci zmínil také časopis New Scientists a prestižní Science v aktuálním vydání v sekci „In Other Journals“.
Zdroj: Biologické centrum AV ČR, Ostravská univerzita
