Manipulovatelný model endosymbiózy

Endosymbiotická teorie ve značně zjednodušené podobě říká, že buněčné semiautonomní organely jako mitochondrie a plastidy se vyvinuly z volně žijících prokaryot, která byla pohlceny jinou buňkou a ve značně redukované formě se staly její trvalou součástí (Vesmír 95, 354, 2016/6; 96, 270, 2017/5). Výzkumníci ze Scripps Research v kalifornské La Jolle pod vedením Petera G. Schultze vytvořili experimentální systém endosymbiózy složený ze dvou modelových organismů, a to bakterie Escherichia coli a pivní kvasinky Saccharomyces cerevisiae. V tomto systému byly bakterie upraveny tak, aby přežily v cytoplazmě kvasinek a poskytovaly kvasinkovým mutantům adenosintrifosfát (ATP), které si upravený kvasinkový kmen není schopen sám vyrobit. Kvasinky zase recipročně svému endosymbiotickému bakteriálnímu auxotrofu poskytovaly thiamin (vitamín B₁).

Tento snadno manipulovatelný chimérický systém byl stabilní po více než 40 generací a do budoucna by mohl umožnit rekapitulovat řadu aspektů vzniku semiautomních organel, příběhu starého přibližně 1,5 miliardy let. Z genetických úprav bylo nutné ještě zvýšit expresi několika tzv. SNARE-like proteinů v E. coli, které interagují s kvasinkovými SNARE proteiny, a zabraňují tak lyzozomální degradaci intracelulárních bakterií.

Z dalších experimentů stojí za zmínku i to, že výzkumníci byli v tomto systému schopni vyřadit v genomu E. coli kromě genu pro thiamin i geny pro produkci nikotinamidadenindinukleotidu (NAD) nebo aminokyseliny serinu, a přesto byl chimérický organismus životaschopný. Autoři do budoucna doufají, že budou schopni získat skutečně minimální endosymbiotický genom a že tento nebo podobný manipulovatelný systém umožní experimentální vymezení prastarých adaptací ve vztahu hostitele a jeho endosymbionta, ke kterým došlo během evoluce současného vysoce redukovaného mitochondriálního genomu.

Mehta A. P. et al.: PNAS, 2018, DOI: 10.1073/pnas.1813143115

Umělý endosymbiotický systém v konfokálním mikroskopu. Buněčné stěny kvasinek modře, bakteriální rRNA fialově.Snímek Paul Webster