Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Původce lepry má silně redukovanou genetickou informaci

 |  5. 7. 2001
 |  Vesmír 80, 397, 2001/7

Lepra (malomocenství), známá již od nejstarších dob, dosud zůstává velkým problémem světového zdravotnictví. Přes pokroky v léčbě a úspěchy v očkování je ročně hlášeno téměř 700 000 nových případů této nemoci. Její původce Mycobacterium leprae byl objeven na tkáňových řezech již r. 1873, dodnes se ho však nepodařilo kultivovat na umělých půdách. Pro biomedicínské experimenty ho lze udržovat jen díky tomu, že jím lze infikovat jeden druh pásovců a nahé myši. Mikrob je zřejmě mimořádně náročný na podmínky růstu. Ve tkáni se dělí velmi pomalu, přibližně jednou za dva týdny (rychle rostoucí bakterie v kultuře se dělí i dvakrát za hodinu).

U člověka jsou bakterie po přenosu na nového hostitele (pravděpodobně vdechnutím) pohlceny imunitními buňkami (makrofágy), vzdorují však likvidaci a dále se v těchto buňkách množí. Později přecházejí na Schwannovy buňky nervového systému, které přestávají tvořit myelin, lipid obalů nervových vláken. Postižení nervů vede (mimo jiné) k charakteristickému znetvoření tkání a celých končetin. Mikrob nemiluje teplotu 37 °C (roste v buňkách s nižší teplotou, proto má v oblibě pásovce) a je to jediný dosud známý bakteriální patogen, který infikuje periferní Schwannovy buňky.

Rozvoj genomiky již umožnil popsat genom více než třiceti mikroorganizmů. Jedním z nich je Mycobacterium tuberculosis, a proto není divu, že došlo i na blízce příbuzný druh M. leprae. Genom tohoto mikroba popsal S. T. Cole s kolegy z Pasteurova ústavu v Paříži a se spolupracovníky ze dvou laboratoří ve Velké Británii (viz Nature 409, 1007, 2001). Zajímavé výsledky přinesl popis genomu M. leprae a jeho srovnání s genomem M. tuberculosis. DNA buněk M. leprae obsahuje jen 3 268 203 nukleotidů, kdežto u původce tuberkulózy jich je 4 411 532. Hlavní rozdíl je však v genetickém obsahu: zatímco u M. tuberculosis je asi 91 % DNA tvořeno typickými geny, u M. leprae je to jen 49,5 %. Dalších 27 % je tvořeno pseudogeny, což jsou geny tak poškozené mutacemi, že již „nefungují“, nesyntetizují se podle nich buněčné bílkoviny ani ribonukleové kyseliny. Zbytek genomu může být tvořen oblastmi s regulační funkcí, ale mohou zde být i pseudogeny tak změněné, že je již počítačové programy nerozpoznají. Detailní analýza umožnila identifikovat 1116 pseudogenů a jen 1604 funkčních genů, z nichž 1439 se nachází také u M. tuberculosis.

Ještě větší redukci genetické výbavy ukazuje analýza „proteomu“ (souboru buněčných bílkovin). V buňkách M. leprae bylo nalezeno jen 391 rozpustných bílkovin, zatímco u M. tuberculosis okolo 1800. Na základě počtu genů u M. tuberculosis (více než 3900) lze odhadnout, že M. leprae během svého vývoje ztratilo více než 2000 genů. V jeho genomu se nacházejí stopy velkých přestaveb, přemísťování a ztrát celých úseků DNA.

Zatímco více než polovina genů M. tuberculosis patří „genovým rodinám“ s větším počtem genů podobné funkce, genové rodiny původce lepry byly redukovány na „životní minimum“ umožňující velmi pomalý růst uvnitř buněk hostitele. Redukce se týká zejména genů zajišťujících katabolické funkce, tedy získávání a odbourávání zdrojů uhlíku, dusíku a energie. Biochemické cykly a dráhy v této oblasti jsou velmi zjednodušené – M. tuberculosis má kupříkladu 22 lipáz k štěpení tuků, M. leprae jen dvě. Velká redukce katabolických schopností snad vysvětluje extrémně pomalý růst parazita. Daleko méně jsou redukovány geny, resp. enzymy anabolické, které syntetizují produkty danému druhu vlastní.

Celkově může být redukce genomu M. leprae zařazena mezi případy parazitární redukce, při níž parazit ztrácí struktury, které nepotřebuje, a funkce, které mu zajišťuje hostitel. Na úrovni genomu byla taková redukce popsána u vnitrobuněčných mikrobiálních parazitů z rodů RickettsiaChlamydia, má však podstatně menší rozsah. Řada otázek zůstává nezodpovězena – např. proč se redukce týká zpracování zdrojů látek a energie, zatímco syntetické schopnosti jsou spíše zachovány, a M. leprae se tedy nespoléhá na hotové metabolity dodané hostitelskou buňkou. Podobně nelze říci, proč dva velmi příbuzné druhy rodu Mycobacterium zvolily tak odlišné cesty k realizaci vnitrobuněčného parazitizmu u téhož hostitele. V každém případě popsané výsledky naznačují, že rozvoj genomiky ještě přinese dosud netušená fakta a souvislosti.

Lenost pohromou pro mykobakterie


Lenost se zřejmě nevyplácí ani ve světě bakterií. Přijdeš o to, co nepoužíváš, by mohlo být mementem pro líné bakterie lepry, tedy Mycobacterium leprae. Porovnání sekvencí genů bakterie M. leprae a její nejbližší příbuzné M. tuberculosis, která je původcem tuberkulózy, ukázalo, že za tisíciletí soužití s člověkem bakterie lepry zřejmě prošla výraznou redukcí svého genomu, ztratila mnoho genů a zároveň se snížila její schopnost adaptace k různým podmínkám okolního prostředí.

Genom M. leprae byl redukován pravděpodobně proto, že se dokáže elegantně vypořádat s obranným imunitním systémem svých hostitelů. Osídlují totiž přímo jeden typ buněk imunitního systému, tzv. makrofágy, v nichž jsou výborně chráněny před veškerými nepříznivými vlivy okolí. Vzhledem k tomu, že žijí uvnitř makrofágů, si však pravidelně nevyměňují kousky DNA s ostatními bakteriemi svého druhu (jak je to u bakterií zvykem). Proto bakterie lepry ztrácejí geny prostřednictvím náhodných mutací mnohem intenzivněji než ostatní bakterie. Dr. J. A. Eisen, zabývající se molekulární evolucí patogenů, srovnává situaci u M. leprae s evolucí mitochondrií, které se pravděpodobně obdobným mechanizmem vyvinuly z dávných volně žijících bakterií.

Zdá se tedy, že těmto bakteriím zůstala jenom minimální genetická výbava nutná k přežití. Uvedená analýza rovněž nabízí vysvětlení skutečnosti, že se M. leprae v porovnání s M. tuberculosis jen velmi obtížně a pomalu kultivuje v laboratorních podmínkách. Je paradoxní, že tato nemohoucnost leprózních bakterií vlastně ztěžuje jejich výzkum a vývoj léčebných postupů.

Mohlo by se zdát, že to není tak významný problém, protože lepra se v Evropě nevyskytuje již od 14. století. Je tomu však právě naopak: ve zbylých oblastech světa (zejména v rozvojových zemích) každým rokem přibývá 700 000 nových případů. Je prý možné, že Mycobacterium leprae kvůli redukcím svého genomu postupně vymizí. Zatím ale zůstává studium této bakterie významným problémem lékařské mikrobiologie. (Nature 409, 10071011, 2001)


Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Medicína

O autorovi

Jiří Kunert

Doc. RNDr. Jiří Kunert, DrSc., (*1938) vystudoval biologii a chemii na Přírodovědecké fakultě MU v Brně. Na Ústavu biologie LF UP vyučuje obecnou biologii, dále se zabývá lékařskou mykologií, fyziologií a biochemií hub.

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné