Uděláme s pomocí želvuščích genů z lidí supermany?

- Příroda autor: Jan Toman

Víte, jaký tvor dokáže "bez mrknutí oka" přežít v rozmezí teplot od – 272 do 151 stupňů Celsia? Že vás žádný nenapadá? A co kdybyste se dozvěděli, že navíc bez problémů rozchodí tlak šest tisíckrát vyšší než na povrchu Země, přežije záření tisíckrát intenzivnější než člověk a nezamává s ním ani pobyt v otevřeném vesmíru? 

Želvušky nejsou jen mimořádně pozoruhodným organismem, ale také jsou svým způsobem roztomilé

Želvušky nejsou jen mimořádně pozoruhodným organismem, ale také jsou svým způsobem roztomilé,zdroj: Profimedia.cz

Říkáte si, že tak přemrštěné vlastnosti by pro své imaginární výtvory nenavrhli snad ani scénáristé vědeckofantastických trháků? Jste na omylu – podobní tvorové existují a potkat je můžete v každém chomáči mechu. Jde o želvušky, jejichž schopnosti nepřestávají vědce fascinovat už desítky let.

Neuvěřitelná odolnost želvušek je svázána s jejich schopností anhydrobiózy – zpomalení životních pochodů a vyschnutí do stadia malých odolných válečků, které přežijí takřka cokoli. Jakmile se podmínky vrátí k normálu, například po více než stoletém pobytu v herbáři nebo třicetiletém odpočinku v mrazáku, želvušky nasají vodu a jako mávnutím kouzelného proutku se "oživí".

Zcela bezbranní ovšem nejsou tito mikroskopičtí příbuzní členovců ani za normálních okolností. Odolnost většiny jejich druhů k radioaktivnímu záření je kupříkladu i tak řádově vyšší než u člověka.

Zvláštnosti doprovázející životní strategii želvušek bývají tradičně dávány do souvislosti s jejich tendencí zapojovat do svého genomu cizí geny. Jak ukázaly některé dřívější studie, takových genů by mohlo být až 17,5 procenta a do genomu želvušek by se měly dostávat z okolí tehdy, když po období vyschnutí drobní tvorové opravují zlomy ve své DNA.

Želvušky, které si náhodou "vypůjčí" geny vhodné pro přežití v extrémních podmínkách, by mohly být v dlouhém časovém horizontu úspěšnější a mohly by poskytnout základ celým chimerickým liniím.

Opravdu si ale želvušky "půjčují" cizí geny tak často? Pomocí jakých mechanismů vlastně dokáží vzdorovat extrémním podmínkám? A nemohli bychom toho využít i my, například v medicíně?

Na všechny tyto otázky přinesla odpověď důkladná analýza genomu želvušky Ramazzottius varieornatus. Její výzkum je důležitý hned z několika důvodů. Jednak byl její genom přečtený daleko důkladnějším způsobem než genom příbuzných druhů, což umožnilo vyloučit většinu možných kontaminací náhodně přimíchaným genetickým materiálem, který od želvušky vůbec nepocházel.

Ramazzottius varieornatus je navíc i mezi ostatními želvuškami opravdovým přeborníkem v přežití nepříznivých podmínek. Do stavu anhydrobiózy se dokáže dostat takřka kdykoli. Ať už za želvuščí odolností tedy stojí cokoli, u tohoto druhu by se příslušné mechanismy měly projevovat nejsilněji.

Genom Ramazzottius varieornatus přinesl nejedno překvapení. Například se ukázalo, že "cizích" genů, tj. genů vypůjčených od jiných skupin organismů, možná obsahuje jen něco okolo 1,2 procenta. Vzhledem k tomu, že jde o jednu z nejodolnějších želvušek, hypotéza o souvislosti těchto genů se zvýšenou odolností se otřásá v základech.

Nejde totiž o moc větší množství, než jakým oplývají ostatní skupiny bezobratlých živočichů. Většina těchto genů navíc pochází od hub, nikoli bakterií, jako v průzkumu, který nedávno objevil u jiného druhu želvušky "cizích" genů téměř 20 procent. Zdá se tak pravděpodobnější, že většina dříve objevených "vypůjčených" genů ve skutečnosti nepocházela z genomu želvušky, ale šlo o kontaminaci bakteriálním materiálem z okolního prostředí.

profimedia-0300491110

Ramazzottius varieornatus patří mezi nejodolnější želvušky vůbec,zdroj:Profimedia.cz

V genomu Ramazzottius varieornatus naopak výzkumníci nalezli mnoho kopií genů kódujících enzymy zvyšující odolnost ke stresu – nepříznivým podmínkám prostředí. Zvláště rozvinutá byla například skupina enzymů SOD, které zajišťují zneškodnění superoxidových radikálů, velmi reaktivních a destruktivních látek vznikajících v důsledku ozáření. Namnožené byly ale například i geny pro opravu zlomů DNA, které vznikají v důsledku vysychání a ozáření.

Řada genů specifických pro želvušky byla dále používána jen za určitých okolností, například při vysychání nebo "probouzení" z anhydrobiózy, takže očividně hrají v životě svých nositelů důležitou roli. Značných modifikací se navíc dočkaly genové dráhy zodpovídající za reakci na stres pocházející z prostředí.

Badatelům se podařilo identifikovat i jednu z látek, které jsou zodpovědné za vysokou odolnost Ramazzottius varieornatus k záření. Tato bílkovina se váže na DNA želvušky a chrání ji před zlomy, které záření může přímo, nebo nepřímo – například prostřednictvím reaktivních látek, které za jeho přítomnosti vznikají – vyvolávat.

Bílkovina známá pod zkratkou Dsup navíc nechrání jen buňky želvušky. Pokusy s tkáňovou kulturou ukázaly, že je vysoce efektivní i při ochraně savčích buněk. Přidáním genu pro Dsup do savčího genomu se výzkumníkům podařilo snížit počet jednořetězcových i dvouřetězcových zlomů dvoušroubovice DNA vznikajících v důsledku ozáření o více než polovinu. Stejně tak se už po několika dnech projevily příznivé účinky této látky na životaschopnost ozářených buněk v kultuře.

Objevili jsme tedy gen, potažmo látku, jejíž přidáním do lidského těla bychom mohli skokově zvýšit odolnost člověka k záření a jiným faktorům způsobujícím zlomy DNA?

Tak jednoduché to nebude. Dsup například může nebezpečným způsobem reagovat s nukleovými kyselinami nebo jinými složkami lidských buněk, případně mít jiné, dosud neodhalené, negativní účinky. Na rozdíl od podobných látek, které jsou již nějakou dobu známé od bakterií, ale jako celek neznemožňuje množení a normální fungování savčích buněk. Výzkum želvušek a jejich neobvyklých schopností tak ještě jistě přinese své plody.

Zdroj: Hashimoto T, Horikawa DD, Saito Y, ... & Enomoto A (2016): Extremotolerant tardigrade genome and improved radiotolerance of human cultured cells by tardigrade-unique protein. Nature Communications, 7.

Tagy: biologie genetika zvířata a příroda věda a poznání

Zdroje: Vlastní