Původce lepry má silně redukovanou genetickou informaci

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 Rickettsia a Chlamydia, 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.