Alkohol se řadí do početné kategorie látek o kterých se dá říci, že jsou dobrým sluhou, ale zlým pánem. Kde se však alkohol na naší planetě vůbec vzal? Proč jej některé formy pozemského života, například kvasinky, bezostyšně produkují? A proč jej jiné organismy, například lidé, konzumují?
Alkohol je pro někoho démonem a někdo jej užívá jako lék. Konzumace alkoholu má v evropských zemích přímou spojitost s každým jedenáctým onemocněním. Podílí se dokonce na polovině všech smrtelných úrazů. Problémy vyvolané nadměrnou konzumací alkoholu stojí evropské země ročně 2 až 5% jejich hrubého národního produktu. Na druhé straně střídmá konzumace alkoholu prokazatelně brzdí vznik kardiovaskulárních chorob.
Kdo to v nás mlsá alkohol?
Po bouřlivé oslavě nám alkohol nekolotá žilami donekonečna, i když z vypitého množství vyloučíme v nezměněné podobě z těla asi desetinu. Drtivou většinu lidské tělo rozloží pomocí speciálního bílkovinného katalyzátoru. Jeho roli plní enzym alkoholdehydrogenáza (ADH).
Rodinka těchto enzymů je v přírodě překvapivě početná a pestrá. Mnoho organismů, člověka nevyjímaje, využívá ADH k „přípravě paliva“ pro své vnitřní „elektrárny“. Tento enzym mění etanol a další podobné látky na molekuly, s nichž si smlsnou další enzymy a využijí je k výrobě energie.
Některé organismy však využívají ADH pro účel přesně opačný. Získávají s jejich pomocí energii z cukrů a přitom jako vedlejší produkt vyrábějí alkohol.
„Opilé“ kvasinky
K hvězdám mezi výrobci alkoholu patří kvasinky. Jim vděčí za své obchodní úspěchy proslulé české pivovary i francouzští vinaři. Kvasinky z rodu Saccharomyces jsou alkoholickými přeborníky hned ve dvou směrech. Na jedné straně jsou to zdatní výrobci alkoholu, na druhé straně jsou vůči svému produktu neuvěřitelně odolné. Alkohol jim „nezamotá hlavu“ ani v množstvích, která by ostatní poslala na onen svět.
Kvasinky pekařského droždí (Saccharomyces cerevisiae) vděčí za tyto schopnosti dvěma ADH. První, označovaná ADH1, má na starosti výrobu alkoholu, druhá (ADH2) alkohol naopak odbourává. Přitom to co si nakvasí, dokážou „vypít“ do poslední kapky. Na první pohled je to nesmyslné počínání! Že by to bylo tím alkoholem?
Proč kvasinka nejdřív zkvasí cukry na alkohol a z něj pak rozkladem získává energii, když přímé spalování cukrů je o poznání jednodušší a „výhřevnější“?
Doba alkoholová
Pro vědce bylo takové „hospodaření“ kvasinek dlouho záhadou. Jenže evoluce utváří všechny živé organismy „promyšleně“ a kvasinky by neměly být výjimkou!
Do záhady marnotratnosti kvasinek vnesl světlo až nedávný výzkum biochemiků z University of Florida, vedených Stevenem Bennerem. Vědci se začali zajímat o to, jak se do dědičné informace kvasinek gen pro ADH vůbec dostal a jak spletitými cestičkami se ubíral jeho vývoj. Byli přesvědčeni, že kvasinky nepřišly k ADH jen šťastnou shodou okolností. Vznik enzymu byl adaptací těchto mikroskopických hub na tvrdý tlak životního prostředí. Jakmile jejich přičiněním přišel na svět alkohol, nastala „doba alkoholová“ i pro celou řadu dalších organismů.
Naštěstí pro Bennera a jeho kolegy se výzkumem ADH a jejich genů zabývaly další četné vědecké týmy. Floridští biochemici tak měli k dispozici dostatek údajů o genech a enzymech mnoha druhů kvasinek a to co jim chybělo, zjistili vlastním výzkumem.
Více předchůdců
Z nashromážděných údajů se Benner snažil zjistit, jak vypadal původní gen pro ADH a co všechno uměl enzym, který si podle tohoto genu dávní předchůdci dnešních kvasinek vyráběli. Vědci předpokládali, že si mikroorganismy nejprve pořídily kopii genu pro „praenzym“ a postupně podle něj začaly vyrábět dva odlišné enzymy – jeden pro tvorbu a druhý pro rozklad alkoholu. Jakou roli však měl původní gen a původní enzym? Vyráběl anebo rozkládal?
Rekonstrukce dávného genu nebyla jednoduchá. Na existenci genového „předka“ usuzovali vědci z toho, jak vypadají jeho dnešní genoví „potomci“. Trochu to připomíná snahu zrekonstruovat tvář pradědečka z fotografií všech jeho současných pravnoučat.
Bennerovo pátrání ale neskončilo rekonstrukcí jediného genového „dědy“. Z počítačových rekonstrukcí vypadl rovný tucet „podezřelých“ a každý se od ostatních trošku lišil. Nápadně se ale podobaly genu pro ADH1, kterou kvasinky vyrábějí alkohol z cukru.
Kdy a proč se objevil alkohol?
Teď bylo načase podívat se, kdy se gen pro produkci alkoholu u kvasinek objevil. Lidé využívají pekařské droždí dlouhá tisíciletí. Už v pravěku připravovali první zemědělci s pomocí této kvasinky pokrmy a přitom mikroskopického spolupracovníka nevědomky šlechtili. Uchovávali „kvásek“ z várek, jejichž výsledek se jim obzvláště zamlouval. Mohli tak ale vyšlechtit kvasinky k produkci alkoholu?
Genetické analýzy to vylučují. Dokazují, že produkce alkoholu sahá do minulosti mnohem dále než výroba alkoholických nápojů. Je starší než lidská civilizace a dokonce starší než lidstvo. Gen pro produkci alkoholu získaly totiž kvasinky už před 70 miliony let. Přitom je jasné, že kvasinky na Zemi žily dávno předtím. Stovky milionů let obývaly planetu a alkohol nepotřebovaly. Co se tady stalo před 70 miliony let tak zásadního, že své zavedené zvyky změnily?
Podle Stevena Bennera není náhoda, že právě v té době se na Zemi objevily rostliny, které rodily dužnaté ovoce bohaté na cukry. Zálusk na ně měl kdekdo, včetně kvasinek. Ty ale objevily důmyslný trik, kterým si dokázaly energii z ovoce před ostatnímu „ulít“. Když přeměnily značnou část cukrů z ovoce na alkohol, získaly jistotu, že budou mít nakvašené plody jen pro sebe. Ostatním organismům ovoce jednoduše otrávily toxickým alkoholem.
(Na)mazaná muška
„Vynález“ kvasinek měl dalekosáhlé důsledky. Je téměř jisté, že některé mikroorganismy tuto chemickou válku s kvasinkami prohrály a možná i proto vyhynuly. Kvasinky tak ale vytvořily významný zdroj energie, kterou se některé formy života naučily dovedně využívat. Zvláště když si na alkohol zvykly a uměly se vypořádat s jeho toxickými účinky.
Právě v té době se na Zemi objevily první mušky octomilky, které se dnes v hustých mračnech hemží kolem nakvašeného zahnívajícího ovoce. Pro ně se záhy stala potrava „otrávená“ alkoholem hlavním zdrojem.
Kvasinky dovedou zakvasit sladké plody tak, že v nich obsah alkoholu vystoupí na hladinu srovnatelnou s pivem. Na této alkoholické dietě musely žít nejen mušky, ale i jejich larvy. Vyvinuly si proto spolehlivou obranu vlastní ADH, která se nepodobá ani obdobným enzymům kvasinek ani ADH člověka. Muška tak nově vzniklým enzymem zabila dvě mouchy jednou ranou. Získala odolnost k alkoholu a zároveň se jej naučila využívat k výrobě energie.
S alkoholem na cestách
Enzym mušek je překvapivě univerzálním nástrojem. Octomilky totiž žijí v nejrůznějších prostředích a hodují na nepřeberném sortimentu ovoce, zkvašeného celým spektrem kvasinek. V různých oblastech tedy mají prostřen stůl odlišnými koktejly látek, vznikajících kvašením cukrů. Geny pro jejich ADH jsou tomu dokonale přizpůsobeny a pokud ne, tak se evolucí rychle naučí, jak si s konkrétním koktejlem poradit. Získaly tak i mocnou zbraň k likvidaci dalších nebezpečných látek. „Alkoholový kopanec“, který kvasinky octomilkám uštědřily před 70 miliony roků, tak muškám úžasně prospěl.
Různé verze genu pro alkoholdehydrogenázu dovolují octomilkám pronikat i do oblastí s odlišným klimatem. Některé verze genu jsou proto zárukou přežití ve vražedném horku. Například v Austrálii zaznamenali entomologové šíření octomilek, nesoucích zvláštní „žáruvzdornou“ verzi genu pro ADH, označovanou jako AdhS. Za posledních 20 let postoupily tyto mušky o 400 kilometrů. To je na maličké mušky skutečný úprk. Nemůže být proto pochyb, že některé verze genů pro ADH rozhodují o životě a smrti svých nositelů.
Když dojde alkohol…
Vpád do alkoholového hájemství kvasinek podnikly pozemské organismy zřejmě hned několikrát. Je to patrné z pohledu na jejich geny pro ADH. Ty lze rozdělit do tří velkých „rodin“, z nichž každá má zřejmě svého vlastního „předka“.
Jsou jimi vybaveny nejrůznější formy pozemského života, od bakterií po rostliny, od kvasinek po savce. Ve všech případech jde o víceúčelový nástroj, který najde uplatnění, i když alkohol není zrovna k mání. ADH jsou totiž uzpůsobeny k vazbě na řadu různých molekul a snadno si tak najdou „náhradní výrobní program“.
Člověku to nestačí!
Lidská ADH nebyla původně určena k odbourávání alkoholu. Pro tyto účely ji naši živočišní předci zapřáhli až dodatečně. A co tedy měla na starosti? To zatím nikdo neví. Najdou se však odvážlivci, kteří jsou ochotni si typnout. Například španělský genetik Ricard Albalat je přesvědčen, že „pradědeček“ lidské ADH rozkládal nebezpečný formaldehyd, který dokáže poškodit DNA a vyvolat mutace. Tuto schopnost si lidská ADH udržela dodnes.
Člověk je ke konzumaci alkoholu, vyráběného kvasinkami v ovoci, uzpůsoben stejně jako další pozemští tvorové. Přesto jej alkohol, narozdíl od ostatních, vážně ohrožuje. Naučil se totiž vyrábět nápoje s obsahem alkoholu vysoce překračujícím možnosti kvasinek.
První úspěšné pokusy o „posílení“ alkoholických nápojů spočívaly v jejich mražení a následném odebrání ledu. Tak se nápoj zbavil vody a obsah alkoholu v něm stoupl. Když staří Číňané zvládli destilaci, byla otevřena cesta k alkoholickým nápojům o síle, na jakou příroda naše enzymy nekonstruovala.
Z pohledu chemika
Chemici definují alkoholy jako sloučeniny uhlíku a vodíku, obdařené „ocáskem“ z kyslíku a vodíku (tzv. hydroxylovou skupinou –OH). Pro chemika je tedy alkoholem i toxický metanol, kterému by se měl pijan obloukem vyhnout, nebo glykol, používaný do nemrznoucích směsí, který je ve větším množství rovněž jedovatý.
Pro milovníky alkoholických nápojů je „alkohol“ synonymem pro etanol – molekulu vytvořenou kostrou ze dvou uhlíkových atomů a ověšenou pěti vodíky a jedním hydroxylovým „ocáskem“.
Mohou se opít sloni?
I afričtí sloni si rádi „přihnou“. Protože se v buši alkohol běžně nečepuje, hledají si vydatnou náhradu ve zkvašeném ovoci. Především plody stromu marula (Scelerocarya birrea) prý je dovedou pořádně rozparádit. Britští biologové z University of Bristol ale považují „sloní opici“ za prakticky vyloučenou.
Slonům alkohol chutná, o tom není pochyb. Třítunové zvíře se ale nemůže „intoxikovat“ konzumací zkvašeného ovoce. Dokonce ani svou oblíbenou marulou. Spadané ovoce totiž obsahuje maximálně 3% alkoholu. Této hodnoty dosahuje koncentrace lihu pro třech až čtyřech dnech válení ovoce na slunku.
I kdyby slon snědl celou hromadu zkvašených plodů, nerozžvýká je nikdy tak, aby se z nich dostal všechen alkohol. Z toho, co se z plodů uvolní, slon vstřebá opět jen část. I kdyby se slon necpal celý den ničím jiným než zkvašenou marulou, nikdo do sebe nedostane tolik lihu, aby to jeho obří tělo nějak poznamenalo.
Jak ale vysvětlit fakt, že sloni mají marulu rádi a po návštěvě těchto stromů bývají prokazatelně rozjaření. Vinu nese kůra stromu marula, kterou sloni rádi loupou a požírají. Mohou přitom konzumovat i larvy brouků, kteří pod kůrou maruly žijí. Těla brouků obsahují toxiny, které jsou podstatně silnější než alkohol. Místní domorodci je s oblibou využívají k výrobě šípových jedů.
Náplast pro alkoholiky
Náplasti původně vyvinuté pro kuřáky, kteří se snaží zbavit svého návyku, by mohly pomoci i alkoholikům. Americký lékař Jed Rose z Duke University v Durhamu zjistil, že látka mecamylamin potlačuje nejen neodolatelnou chuť na cigaretu, ale i nutkání vypít pivko či panáka. Při klinických studiích se ukázalo, že alkoholici užívající tuto látku snížili svou týdenní spotřebu alkoholu o 40%.
Mecamylamin by mohl arzenál látek, využívaných pro boj s alkoholismem, rozšířit. Lék byl vyvinut v 50. letech minulého století pro léčbu vysokého tlaku, ale záhy se ukázalo, že kromě jiného potlačuje produkci dopaminu v mozku. Zvýšení hladin dopaminu, který je spojován s příjemnými vjemy v mozku. Je tedy nezbytný k tomu, aby si kuřák nebo piják svůj zlozvyk skutečně užil. Bez dopaminu to prostě není ono.
Lék na alkohol?
Látka zvaná ibogain se získává k kořenů afrického keře Tabernanthe iboga a provází ji pověst substance schopné potlačit chuť na alkohol nebo drogu.
Nejnovější studie vědců z Univestity of California v San Francisku přinesla výsledky, které možná otevírají zcela novou cestu k léčbě závislosti.
Vědci nejprve navykli laboratorní potkany na příjem alkoholu a když se z hlodavců stali docela slušní pijáci, od alkoholu je odřízli. V té chvíli byl některým pokusným zvířatům podán čistý ibogain a jiným jen neúčinná látka. Když se pokusní potkani dostali opět k alkoholu, chovali se zcela odlišně. Potkani abstinující bez ibogainu hbitě doháněli, co během půstu zameškali. Potkani abstinující s ibogainem na alkohol chuť neměli.
Ukázalo se, že ibogain zvyšuje v některých mozkových centrech koncentraci nervového faktoru označovaného jako GNDF (glial cell line-derived neurotrophic factor). O tom, že za poklesem chuti na alkohol stojí právě tato látka, se vědci přesvědčili, když abstinujícím potkanům podali jen GNDF. Zabíral stejně jako ibogain.
Zatím, neměli lékaři k dispozici mnoho léků, kterými by mohli pacientům v těchto slabých chvilkách pomoci. Pokusy na University of California zřejmě chudé spektrum prostředků mohou rozšířit. Nové léky by mohly fungovat buď na bázi ibogainu nebo přímo na bázi GNDF.
