Tunelováním k mnohobuněčnosti

Kde jsou ty časy, kdy jsme jednobuněčné eukaryotické organismy (prvoky, nebo lépe protisty) mohli považovat za samostatné jednotky, které spokojeně přežívají bez vší té komunikace, koordinace a spolupráce typické pro mnohobuněčná těla. Přibývají doklady, že řada z nich vede překvapivě komplexní sociální život. Běžně si vyměňují informace a za vhodných podmínek se dokonce spojují. Nejnovější objevy o míře vzájemného propojení améb ale posouvají celou věc na úplně novou úroveň.

Žádná buňka nežije ve vzduchoprázdnu. Dokonce i když není součástí tkáně, obvykle se v jejím okolí nachází mnoho dalších buněk více či méně příbuzných jedinců, se kterými se vyplatí mít otevřené informační kanály. Dálkovou komunikaci obstarávají chemické signály, případně váčky vylučované z povrchu. U mnohobuněčných organismů jsou potom sousední buňky spojené také napřímo – rostlinná propojení nesou název plazmodezmata (viz také s. 546), živočišná mezerové spoje a houbová septální póry.

Tunelovací nanotubuly propojují dvě améby. Oranžově svítí aktinová vlákna, uvnitř nanotubulu lze pozorovat modře obarvenou membránovou organelu, která putuje z jedné buňky do druhé.

Snímek Harikumar R. Suma

Zajímavým a relativně málo prozkoumaným způsobem mezibuněčné komunikace jsou takzvané tunelovací nanotubuly (tunneling nanotubes). Na rozdíl od plazmodezmat, mezerových spojů či septálních pórů, které propojují bezprostředně sousedící buněčné kompartmenty, jsou tunelovací nanotubuly dlouhé membránové výběžky, schopné překlenout značnou vzdálenost – desítky až stovky mikrometrů. Tyto „propojky“ jsou vyztužené prvky buněčné kostry a umožňují přenos materiálu mezi propojenými buňkami.

Tunelovací nanotubuly byly zprvu zkoumány u mnohobuněčných živočichů, u nichž pomáhají regulovat chování a přežívání buněk, což je důležité pro správné fungování celých tkání. Není náhodou, že se o narušeních tohoto systému mluví v souvislosti s různými metabolickými poruchami. [1] Překvapivější je, že tunelovacími nanotubuly může kromě drobných molekul a proteinů cestovat také genetický materiál nebo celé organely, například mitochondrie. Tunelovací nanotubuly proto mohou představovat významný systém integrující fungování mnohobuněčných organismů.

Obdoby těchto spojení nalezneme u nejrůznějších forem života. A to včetně jednobuněčných, které bychom potom měli nazývat spíše nadbuněčnými či „superbuněčnými“. Nově výzkumníci zdokumentovali [2] tunelovací nanotubuly u protistní améby Dictyostelium discoideum a hlenek Polysphondylium violaceum a Polysphondylium pallidum, organismů z eukaryotického kladu Amoebozoa.¹⁾ Mikroskopické pozorování navíc ukázalo, že u těchto organismů mohou propojky dosahovat až 400 mikrometrů, občas se větví a vzácně spojují i jedince dvou různých druhů. Stejně jako u živočichů jimi mohly procházet také různé organely včetně mitochondrií.

Není bez zajímavosti, že tunelovací nanotubuly zkoumaných protistů vykázaly značnou odolnost k chemickým agens poškozujícím buněčnou kostru. Při narušení tvorby jedné proteinové složky buněčné kostry, aktinových elementů, dokázaly buňky propojky přestavět, takže jejich oporu převzaly mikrotubuly. Teprve současné narušení obou systémů tvorbu nanotubulů zablokovalo. Některá testovaná agens paradoxně vedla k vyšší četnosti tunelovacích nanotubulů, což možná představuje určitou obdobu poplachu šířícího se v buněčné kultuře.

Tunelovací nanotubuly se často tvoří mezi filopodii (dlouhými cytoplazmatickými výběžky) dvou améb, které se nejprve při blízkém kontaktu propojí, a následně se „tunel“ začne prodlužovat.

Snímek Harikumar R. Suma

Objev tunelovacích nanotubulů u Amoebozoa, a to se stavbou a funkcí podobnou těm živočišným, naznačuje, že patrně půjde o rozšířenou a starobylou schopnost eukaryotických buněk. Můžeme se oprávněně domnívat, že jde o důležitý systém umožňující společenstvům účelně a koordinovaně reagovat na stres prostředí. Z tohoto důvodu může přítomnost tunelovacích nanotubulů dokonce představovat určitou podmínku pro vznik složitých forem mnohobuněčnosti. To opravdu důležité poselství se ale skrývá mezi řádky: ani jednobuněčný život není světem izolovaných jednotek a primitivní kompetice, ale spletitou sítí komunikace, spolupráce, manipulace a nejrůznějších dalších interakcí.