První buňka bez mitochondrie: Historický objev českých vědců

V našem dřívějším článku „Evoluce eukaryotické buňky – vědci revidují dosavadní teorii“ jsme probírali zajímavou evoluci specifických organel eukaryotických buněk – mitochondrií. Tyto mikroskopické elektrárny dodávají energii do všech částí buňky. Jsou tedy pro eukaryotické buňky, ze kterých jsou složené také tkáně rostlin, hub a nás samotných, životně důležité. 

Při přednáškách z mikrobiologie byste se dozvěděli, že bez mitochondrií nedokáže žádná eukaryotická buňka fungovat. Ano, to byla pravda až do roku 2016, kdy vědci z Kanady společně s vědci z Karlovy Univerzity objevili eukaryotický mikroorganismus, který mitochondrie neobsahoval. Ukazuje se, že je naše „eukaryotická“ větev na stromu života je mnohem dynamičtější, než se předpokládalo.

„Tento objev má zásadní význam“, říká evoluční biolog Eugene Koonin z National Center for Biotechnology Infromation v Bethesda, který si novou studii přečetl. „Nyní s jistotou víme, že existují eukaryotické buňky, které dokáží v pohodě žít i bez mitochondrií“.

Mitochondrie jsou potomky bakterií, které se usídlily uvnitř vznikající, pradávné eukaryotické buňky a ze kterých se posléze staly specializované buněčné organely - mitochondrie, mikrotovárny, vyrábějící pro svého hostitele energii. Od jejich objevu, slouží mitochondrie jako jeden z poznávacích znaků eukaryotické buňky. Každá eukaryotická buňka je nebo jejich modifikace (např. hydrogenosómy) doposud měla. Už nějaký čas však vědci koketovali s myšlenkou, zda by mohla existovat eukaryotická buňka bez mitochondrií nebo by se např. dokázala mitochondrií zbavit a získávat energii pro své přežití jinak. Na krátký čas se zdálo, že jsou již vědci blízko. Objevili totiž eukaryotický mikroorganismus Giardia intestinalis, který způsobuje těžká průjmová onemocnění. Na první pohled se zdálo, že tento jednobuněčný organismus opravdu neobsahuje žádné mitochondrie, ale při podrobnější studii se ukázalo, že se jednalo o falešný poplach. Buňka obsahovala výrazně „okleštěnou“ a mnohem menší verzi této organely.

Nyní však tým vedený evoluční bioložkou Annou Karnkowskou a Vladimírem Hamplem z Karlovy Univerzity v Praze zaměřil svůj výzkum na dalšího nadějného kandidáta, oxymonádu z rodu Monocercomonoides. Jedná se o eukaryotický jednobuněčný organismus žijící v zažívacím ústrojí činčil. Vzorky pro analýzy mimochodem poskytla činčila, která shodou okolností patřila jednomu ze zaměstnanců zmíněné laboratoře. Tým se rozhodl zaměřit na tuto skupinu eukaryotických mikroorganismů, protože se již z dřívějších experimentů předpokládalo, že mitochondrie zřejmě nemají nebo je během evoluce ztratily.

Když vědci poprvé přečetli genom tohoto eukaryotického mikroorganismu, překvapivě nenašli žádné známky mitochondriálních genů (mitochondrie obsahují svou vlastní DNA se specifickými geny). Při podrobnějším průzkumu opravdu potvrdili, že buňka neobsahuje žádné klíčové proteiny, které se běžně v mitochondriích vyskytují a jsou zodpovědné za její správné fungování. „Definice eukaryotické buňky říká, že obsahuje mitochondrie,“ vysvětluje Anna Karnkowská, která nyní působí na University of British Columbia, Vancouver, v Kanadě. „My jsme nyní toto dlouholeté dogma vyvrátili“.

Mikroorganismy z rodu Monocercomonoides zřejmě mitochondrie nepotřebují díky prostředí, ve kterém žijí – zažívací ústrojí činčil. V takovém prostředí mají dostatek živin, ale velmi málo kyslíku, který mitochondrie pro svou správnou funkci vyžadují. Vědci se domnívají, že místo aby se tyto mikroorganismy spoléhaly na mitochondrie, rozkládají pomocí specifických enzymů živiny rovnou v cytoplasmě a tím získávají potřebnou energii. Tvorba energie bez mitochondrií však není jediná překážka, kterou tyto mikroorganismy překonaly. Mitochondrie totiž navíc produkují tzv. Fe-S klastry, které jsou esenciální součástí mnoha bílkovin. Vědci s překvapením zjistili, že tento problém Monocercomonoides obešly tím, že si „vypůjčily“ bakteriální geny, které plní totožnou funkci. Své převratné objevy publikovali v časopise Current Biology.

„Z experimentálního hlediska jde o velmi solidní článek“, říká evoluční genomik B. Franz Lang z University of Montreal v Kanadě. „Pokud byste chtěli, abych si vsadil, tak říkám, že na 90% mají kolegové pravdu. Aby ještě více posílili svou teorii, vědci plánují detailní mikroskopické analýzy, kterými by prokázali pravdivost své teorie. Evoluční biochemik Mark van der Giezen z University of Exeter ve Velké Británii by také rád viděl další důkazy, že Monocercomonoides např. neobsahují zakrnělou verzi mitochondrie, jako tomu bylo u zmíněné Giardia intestinalis. Nehledě na to nám studie otevírá nový pohled na euakryota. „Ukazuje to, že eukaryotický život je mnohem flexibilnější, než nám tvrdí učebnice mikrobiologie.“

Monocercomonoides nejsou živoucími fosiliemi z období vzniku prvních eukaryot, jak by se mohlo zdát. Jejich nejbližší příbuzní obsahují velmi malé mitochondrie, což naznačuje, že Monocercomonoides ztratily ty své poměrně nedávno. Je také velice pravděpodobné, že mikroorganismů bez mitochondrií bude celá řada. „Toto je zatím jediný pozoruhodný příklad a já věřím, že nám pochopení, proč a jak ke ztrátě mitochondrie došlo, pomůže objevit další eukaryotické mikroorganismy bez této životně důležité organely“, dodává Anna Karnkowská.

Autor: Ing. Jiří Bárta, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Karnkowska, A. et al. 2016. A Eukaryote without a Mitochondrial Organelle. Current Biology 26: 1274–1284.

Science, News online 12. 5. 2016. First eukaryotes found without a normal cellular power supply.