Zelené řasy zapomenuté a znovu nalezené

Jak zelené řasy rostou a jak se dělí, zajímalo třeboňské pracoviště Mikrobiologického ústavu po dlouhá léta možná jako jedinou laboratoř na světě. Dnes na tomto poli již zdaleka nejsme sami. Jak to ale všechno před padesáti lety začalo? Prvními modelovými organismy byly chlorokokální řasy Scenedesmus quadricauda a už v té době biotechnologicky zajímavá Chlorella vulgaris, mnohem později přibyly i volvokální řasy Chlamydomonas eugametos a reinhardtii. Všechny tyto řasy se dělí jinak, než se dělí buňky kvasinek, buňky lidské a dokonce i rostlinné. Dělí se jinak, než téměř všechny ostatní jaderné neboli eukaryotické buňky (odborně eukaryota, organismy s pravým buněčným jádrem). Velké množství zelených, i jen vzdáleně příbuzných řas se totiž dělí způsobem, který je označován jako násobné dělení. Na rozdíl od většiny ostatních eukaryot se mateřské buňky nedělí pouze na dvě dceřiné buňky, ale zpravidla na vyšší počet, 4, 8… a u některých druhů až 1024 dceřiných buněk. Vždy se jedná o mocninu dvou a buněčný cyklus se liší vlastně „pouze“ tím, že buněčných cyklů proběhne jakoby více za sebou ještě předtím, než se mateřská buňka rozdělí. Aby se to všechno stihlo, tak se jednotlivé fáze buněčného cyklu překrývají, takže najednou mohou v jedné buňce probíhat procesy, které jsou u ostatních eukaryot striktně odděleny. Do určité míry to připomíná dělení bakterií (bezjaderné organismy – prokaryota), u nichž se při rychlém růstu překrývá i několik replikací DNA. To ale není případ řasových buněk, u nich přísně platí stejná klíčová pravidla jako u ostatních eukaryot a jedno z nich je, že se replikace DNA nepřekrývají. Běžně však dochází k překrývání replikace DNA s fází G1, s fází G2 a dokonce možná i s jaderným dělením, ale ne s jinou replikací. Znamená to tedy, že zelené řasy používají jiné mechanismy regulace buněčného cyklu než ostatní eukaryota? Zdá se, že to tak není, naopak, pokud je známo, tak zelené řasy používají stejné regulátory a stejné mechanismy pro řízení průběhu buněčného cyklu jako ostatní eukaryotické organismy. Tím pádem jsou samozřejmě ještě zajímavější. Násobné dělení totiž nápadně připomíná počáteční fáze embryonálního dělení živočichů, a nejen to, dokonce se zdá, že právě násobné dělení je způsob, jakým vznikly první mnohobuněčné řasy a posléze i rostliny. Řasy leží blízko počátku evolučního stromu života, ty zelené jsou nejbližšími příbuznými zelených rostlin, ale ukazuje se, že nemají daleko ani k ostatním jednobuněčným organismům. Prostě ideální systém, pokud chcete zjistit, jakým způsobem se vyvíjela regulace eukaryotického buněčného cyklu. To je jeden z důvodů, proč jsou zelené řasy v poslední době ve středu zájmu. Díky výrazně odlišnému buněčnému cyklu řasy slouží i jako model toho, co všechno může být změněno a ještě pořád mít „normální“ buňku. Vzhledem k tomu, že regulace buněčného cyklu je vysoce konzervovaná, tak to také znamená, že to co „neublíží“ řasám (rozuměj ve smyslu normálního buněčného dělení), by „nemělo“ ublížit ani živočichům, a rázem jsme třeba až u mechanismu vzniku rakoviny.

\r\n

Ale vraťme se zpátky do Třeboně před padesáti lety, do doby, kdy nikoho vůbec nenapadlo, že by řasy mohly mít něco společného s buňkami živočišnými, a tím méně s rakovinou, do doby, kdy ještě nikoho nenapadlo, že by rakovina mohla mít něco společného s poruchami buněčného dělení, do doby, kdy provádění pokusů nevyžadovalo drahé, komplikované přístroje a neúměrné množství peněz, zkrátka do oné pionýrské doby, kdy všechno bylo ještě nové a neobjevené. Z té doby se datují první studie buněčného cyklu řas, studie, které popsaly překrývání jednotlivých fází buněčného cyklu, sledovaly vliv různých faktorů na chování a dělení buněk a zkoumaly, co se děje s buňkami v jednotlivých fázích buněčného cyklu. Z těchto studií mimo jiné vyplynulo, že buňky vyžadují určité velmi přesné množství škrobu, aby se mohly rozdělit. Nashromážděný škrob je buňkami spotřebován na jaderné a buněčné dělení, a to dokonce i tehdy, pokud se dělí na světle, a mohly by tudíž energii brát přímo z fotosyntézy (obr. 1). Kromě toho byly zjištěny určité faktory, které zamezí buňkám v rozdělení. Šlo jak o chemické inhibitory různých procesů, tak o efekt limitace různými prvky. Až mnohem později se před několika lety objevil další důvod zvýšeného zájmu o zelené řasy: tenčící se zásoby ropy. Stanou se řasy široce rozšířenými producenty biopaliv a nahradí tak fosilní zdroje obnovitelnými? To zatím nikdo neví. Jisté ale je, že o řasách se toho ví hodně. Kupříkladu když zkombinujeme znalosti o tom, že řasy spotřebovávají škrob na dělení, s tím, že známe faktory jak blokovat buněčné dělení, máme rázem velmi moderní studii o tom, jak získat řasy s vysokým obsahem škrobu. Řasy, které lze potenciálně použít pro výrobu biolihu. Tato práce je dokonce natolik aktuální, že si vysloužila nominaci na velmi prestižní světovou cenu ENI.¹⁾ To je typický příklad toho, jak může základní výzkum vést k zajímavému praktickému využití. V tomto případě dokonce využití ve velmi sledované a ekonomicky významné oblasti. Napadlo to někoho před padesáti lety? Snad vizionáře typu RNDr. Ivana Šetlíka, který výzkum na řasách u nás zavedl. Pro nás ostatní z toho plyne jediné: podpora základního výzkumu je klíčová pro budoucnost a také pro udržení „know-how“, protože jenom díky základnímu výzkumu na zelených řasách má Česká republika dobrou šanci uplatnit se ve využití řas mimo jiné i na produkci biopaliv na světové úrovni.