Na prahu nové biologie

Každý, kdo luští děje minulé, má problém. Jak na základě toho, co máme a víme dnes, zrekonstruovat to, co už není? Problém mají kriminalisté, pátrající po činech starých jen pár týdnů či let. Oč větší musí být potíž lidí usilujících o rozpletení záhad vzdálených od nás přes 1,5 miliardy let? Jedna z nich dala vzniknout nám všem.

Opředen velkým tajemstvím je pro moderní biology vznik buněk, jakých máme plné tělo. Tyto buňky s jádrem (eukaryotické) obsahují množství složitých organel, oddělených od okolí membránou. Na Zemi se poprvé objevily v období, které odstartovala tzv. první endosymbiotická událost: setkaly se dvě bezjaderné (prokaryotické) buňky, podobné dnešním bakteriím, přičemž jedna pohltila druhou. Následujícímu procesu, ve kterém se vnitřní buňky postupem času učily spolupracovat s vnějšími buňkami a jako celek prodělávaly změny směrem k složitější architektuře, doprovázené zvětšováním genomu a zvyšováním energetické náročnosti, říkáme eukaryogeneze. Dnes není zcela jasné, jestli samotná endosymbiotická událost byla pro vznik eukaryotických organismů primárním impulzem, nebo jestli jí předcházela jiná zásadní adaptace, každopádně jde o důležitý díl v kapitole knihy života, na jejímž konci je i člověk. Molekulární parazitolog Ondřej Gahura z Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích svým výzkumem přispívá k rekonstrukci toho, co se mohlo dít právě v tomto období, a k mapování celkového příběhu pozemského života.

Mgr. Ondřej Gahura, Ph.D. (*1982)

Vystudoval Gymnázium Mikuláše Koperníka v Bílovci, zaměřené na žáky talentované v matematice. V dalším studiu se ale pod vlivem otce, amatérského ornitologa, rozhodl studovat obecnou biologii na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. Během magisterského i doktorského studia se ve skupině docenta Petra Folka zabýval jedním ze zásadních kroků genové exprese – sestřihem RNA u kvasinek. Po krátkém postdoktorském angažmá v Ženevě zakotvil v Parazitologickém ústavu Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích, kde se věnuje molekulární biologii parazitů a jiných jednobuněčných organismů. Původně se ve skupině docentky Aleny Zíkové zaměřoval na bioenergetiku, mitochondriální metabolismus a syntézu ATP u trypanozom. Celkem 18 měsíců strávil na několika stážích v Cambridge v laboratoři Johna E. Walkera, nositele Nobelovy ceny za studium ATP-syntázy. V současnosti se zabývá zejména evolucí a biogenezí složitých makromolekulárních komplexů, jako jsou mitochondriální ribozomy nebo komplexy dýchacího řetězce.

Snímek Marek Janáč

Organismem, jehož výzkumem nahlížíte do této přes miliardu let vzdálené etapy evoluce, je parazit trypanozoma spavičná (Trypanosoma brucei), původce smrtelné spavé nemoci. Proč právě ona? — Patří k eukaryotickým organismům, které se od ostatních oddělily z evolučního hlediska velmi dávno. Bylo to krátce poté, kdy žil společný předek všech tří dnes známých hlavních linií eukaryotních buněk.

Živočichové, houby a rostliny? — Toto rozdělení doufám už nějaký pátek nenajdeme ani v učebnicích přírodopisu pro základní školy. Dávno víme, že houby jsou poměrně blízce příbuzné živočichům. Spolu reprezentují jednu z tří hlavních eukaryotických skupin. Rostliny patří do druhé. Ale hlavně, obě linie zahrnují také spoustu skupin jednobuněčných organismů, prvoků neboli protist. Třetí skupinu tvoří výhradně protista.¹⁾ Patří mezi ně právě naše trypanozoma. Celkově není pochyb, že jednobuněční představují velkou většinu druhové rozmanitosti eukaryot. Rostliny, živočichové a houby jsou jediné skutečně mnohobuněčné organismy, vzniklé naprosto nezávisle na sobě.

Protista by tedy – díky své relativní jednoduchosti – mohla být společnému předkovi o něco blíže než ostatní skupiny? — To takto určitě nemůžeme říct, a to z více důvodů. Důležité je uvědomit si, že všechny eukaryotické organismy, které v současnosti můžeme najít na Zemi, měly přesně stejný čas k vývoji od doby, kdy existoval jejich společný předek. Mají tedy k němu stejně blízko – nebo daleko. Některé se samozřejmě společnému předkovi mohou podobat více. A protože ten byl zcela jistě jednobuněčný, svádí to k představě, že protista jsou mu skutečně nejpodobnější. Některá nejspíš jsou, ale určitě to nelze tvrdit obecně. Na úrovni genomů, biochemických procesů nebo buněčné fyziologie jsou mnozí jednobuněční na míle odlišní od původního stavu. Neplatí ani, že jednoduchost automaticky znamená podobnost s předkem. Spíše naopak – nejjednodušší eukaryotické organismy jsou typicky produktem zjednodušování počátečního složitějšího stavu.

A co se týká vzájemného vztahu tří hlavních větví eukaryot, ten zatím přesně neznáme. Každé větvení v evoluci z principu věci odděluje původní linii do dvou směrů. Jedna z těchto skupin se tedy od ostatních oddělila dříve a zbylé dvě se rozvětvily později. Není jasné, v jakém pořadí k oddělování došlo.