Co všechno se vejde do jediné prvočí buňky?

Téměř každá eukaryotická buňka obsahuje dva genomy – větší je uložen v jejím jádře, zatímco menší v mitochondrii, která je odvozena z alfaproteobakterie. Každá rostlinná buňka navíc obsahuje ještě genom v chloroplastu, což byla původně cyanobakterie. Ještě složitější kombinaci čtyř genomů si uchovávají řasy kryptomonády (Cryptophyta), které získaly schopnost fotosyntézy pozřením červené řasy, z níž se v jejich buňce zachoval genom nejen v plastidu, ale i ve zmenšeném jádře, označovaném jako nukleomorf.

Dlouhodobě spolupracující vědci z Univerzity Britské Kolumbie v kanadském Vancouveru, z Ostravské univerzity a z Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích se rozhodli podrobně prozkoumat kulturu kryptomonády, která pochází ze sbírek slavného botanika Ernsta Georga Pringsheima. Nelze vyloučit, že studovaná kultura, uložená v jeho posledním působišti, Goettingenské univerzitě, mohla být izolována mnohem dříve, třeba již během pobytu Pringsheima (byl i československým občanem) v letech 1923 až 1938 na Ferdinandově univerzitě v Praze.

Emma George se spolupracovníky, k nimž patří i autor příspěvku a další vědci s českým domicilem Daria Tashyreva, Dovilė Barcytė, Filip Husník a Marek Eliáš, prokázala, že tato jednobuněčná řasa pěstovaná souvisle nejméně padesát let (což představuje minimálně 4400 generací) v sobě skrývá zatím největší známý konglomerát genomů. Kromě výše zmíněného jádra, mitochondrie, chloroplastu a nukleomorfu totiž obsahuje i dva různé genomy endosymbiotických bakterií (zástupců rodů Grellia a Megaira) a genom jednoho fága (tj. viru napadajícího bakterie) ze skupiny MAnkyphage. Vědci určili sekvence DNA všech sedmi genomů a pokusili se z nich vyčíst vzájemné interakce tohoto konsorcia organismů a organel v jediné prvočí buňce.

Detekce obou druhů symbiotických bakterií v kryptomonádě pomocí specifického fluorescenčního značení.

Snímek Daria Tashyreva

Podařilo se jim například prokázat, že fág dokáže v tomto těsném společenství napadat pouze bakterii Megaira, a přesto je tato početnější než její souputnice Grellia, jež je pro fága rezistentní. Rovněž i vztahy mezi kryptomonádou a oběma bakteriemi musí být nastaveny vyváženě tak, aby se prvok bakterií nezbavil ani se v něm bakterie nenamnožily do patologického množství. Vše dál komplikovují značně záhadné sobecké genetické elementy. Je jasné, že stabilita tohoto složitého soužití po tisíce generací (a patrně mnohem déle) odráží jeho velmi vyvážené nastavení. Při značné představivosti tak lze v obou endosymbiotických bakteriích vidět předchůdce budoucích organel, ovšem v horizontu nejméně několika set milionů let.

George E. E. et al.: Current Biology (in press), 2023, DOI: 10.1016/j.cub.2023.04.010

Článek se dostal do výběru redaktorů (editor’s choice) časopisu Science.