Vědecký výzkum občas svede dohromady tvory či konkrétní látky, které by se v živé přírodě potkaly jen stěží. Takovou nesourodou dvojicí je i mořská houba a naše nejvýznamnější hospodářská dřevina – smrk. Nečekaný vliv látky z mořského živočicha na růst rostlinných zárodků nedávno objevili čeští experimentální botanici.
Biologové, tedy konkrétně specialisté na experimenty s rostlinami, dnes již ovládají techniku, která se odborně nazývá somatická embryogeneze. Za tímto složitě znějícím názvem se skrývá proces, během něhož se nové rostliny, například smrčky, naklonují z kultury tělních buněk. Jak nedávno objevil tým českých vědců z Přírodovědecké fakulty UK a Ústavu experimentální botaniky AV ČR, jejich novým spojencem se může stát jed, který vytvořil krásně barevný mořský tvor. A jakou že bude hrát roli? Pomůže jim vybrat ty nejlepší!
Tisíce stejných smrčků
Rozmanitost potomstva, která vzniká splynutím pohlavních buněk od různých rodičů, je v přírodě velmi důležitá. Umožňuje totiž potomkům uchytit se souhrou šťastných náhod i v podmínkách, kde by jejich rodiče či sourozenci selhali. Při pohledu do zpětného zrcátka pak vidíme proces takového uchycování odlišných potomků jako proces evoluce od jedné formy k jiné. Této rozmanitosti dosahuje příroda především díky pohlavnímu rozmnožování. Při tvorbě pohlavních buněk se geny nejprve promíchají, do oplozené buňky pak polovinou genů přispěje tatínek, druhou maminka. Semínka smrků uložená v šišticích, lidově šiškách, vznikají právě touto tradiční cestou – samičí buňku musí nejprve oplodnit větrem přinesený pyl čili buňka samčí. Co je dobré pro přežití v přírodě, však nemusí být vždy vhodné pro nás lidi. U tak hospodářsky významné dřeviny, jako je smrk, to platí dvojnásob. Malé smrčky končí často v našich obývácích během vánočních svátků, velké zase jako dřevo pro výrobu nábytku či jako zdroj materiálu pro papírny. V každém případě se hodí, když je jeden jako druhý.
Dílky buněčného lešení
Mezi vědci tedy existuje řada dobrých důvodů, proč se o proces tvorby smrkových embryí, vznikajících jinou než pohlavní cestou, zajímat do co největších detailů. I přes velké pokroky v molekulární biologii je i zde stále co k objevování. Čeští experimentální botanici, jejichž tým vedla česká vědkyně Kateřina Schwarzerová z Katedry experimentální biologie rostlin z PřF UK, se zaměřili na jeden zdánlivý detail celého nesmírně složitého procesu – roli různých forem bílkoviny aktinu v růstu embryí. Aktin není žádnou specialitou buněk smrků. Nalezneme jej prakticky ve všech eukaryotických buňkách – velké rozdíly mezi molekulami aktinu nejsou ani v tak rozdílných skupinách, jako jsou živočichové, rostliny či houby. Všudypřítomnost aktinu je dána tím, že je jednou ze základních složek vnitřního »lešení« či kostry buněk (cytoskelet), resp. jeho části zvané mikrofilamenta. Díky tomuto podpěrnému systému buňky udržují tvar, transportují nejrůznější látky a v neposlední řadě také rostou (viz rámeček).
Buňky s ocáskem
Proces somatické embryogeneze smrčků se přirozeně neodehrává uvnitř rostliny, jak je běžně zvykem, ale v laboratorních miskách. Biologové brzy zjistili, že zárodečné buňky kultivované v laboratořích se záhy rozdělí do dvou základních typů. Prvním z nich jsou meristematické buňky, které tvoří takzvané »embryonální hlavičky«, jejichž vnitřek (cytoplazma) je velmi koncentrovaná. K nim jsou připojeny »ocásky«, odborně zvané suspenzorové buňky, které narozdíl od hlaviček obsahují poměrně velké vakuoly, díky nimž jsou tyto buňky poměrně »řídké«. Suspenzorové buňky mají při vývoji jednoznačný úkol – embrya, rostoucí z embryonální hlavičky, po nějakou dobu zásobují živinami. Ze starostlivého živitele se však po nějaké době stává spíše obtížný parazit, který vývoj zárodku brzdí.
Není aktin jako aktin
A jak to všechno vlastně souvisí s aktinem? Buněčné lešení, které je z velké části »postaveno« právě z aktinu, je totiž v každém ze dvou typů buněk jiné. Je tomu tak proto, že aktin se může stejně jako řada jiných proteinových molekul v buňce vyskytovat ve více podobách, takzvaných izoformách. Vědci zjistili, že zatímco jeden z typů aktinu se vyskytuje jak v »hlavičkách«, tak v »ocáscích«, tři další izoformy se nacházejí takřka výhradně v buňkách »ocáskových«. Jedním z důležitých rozdílů mezi různými typy aktinu je jejich rozdílná citlivost k podnětům zvenčí. Takové uspořádání tedy jednoznačně nahrává každému, komu by stálo za to, aby některé z buněk zlikvidoval. A právě v této situaci se octli čeští biologové.
Neviditelné ruce jedovatého zahradníka
V celé skládačce schází snad už jen poslední dílek. Kdyby se podařilo najít látku, odborně řečeno cytotoxin, který by dokázal působit pouze na typy aktinu z »ocáskových« čili suspenzorových buněk, byl by problém s nepříjemným protažením jejich rodičovství vyřešen. Takovým typem anti-aktinové látky je např. cytochalasin D (cyt D) či latrunculin B (lat B). Tým pod vedením Kateřiny Schwarzerové se rozhodl vyzkoušet druhou ze jmenovaných látek, latrunculin B, který má původ právě v mořských houbách (viz rámeček). Ve vyšších dávkách funguje tato látka jako prudký jed, který zcela poničí vnitřní »lešení« všech buněk. Fígl českých vědců spočívá v tom, že se jim podařilo najít to správné množství a aplikovat jej v rozhodující fázi vývoje embryí. A jak celá věc dopadla? Jedovatý »zahradník« latrunculin B zlikvidoval »ocáskové« buňky všech embryí. Zatímco ta slabší díky tomuto zásahu sítem zcela propadla, silnější a zdravější jedinci vyšli z rukou »jedovatého zahradníka« ještě silnější, než byli před tím. „To je dobrá zpráva i pro komerční pěstitele. Myslím, že jsme na dobré cestě k uplatnění našich poznatků,“ říká jeden ze spoluautorů studie doktor Martin Vágner z Ústavu experimentální botaniky.
Mořské houby – zdroj nečekaných překvapení
Mořské houby, nebo lépe řečeno houbovci (Porifera), jsou živočichové, jejichž dospělé stádium nalezneme v drtivé většině přisedlé na dně moře. Dospělý živočich se však vyvíjí z drobné larvičky, která je značně nenápadnou součástí planktonu. Z hlediska tělesné stavby patří houbovci k vůbec nejjednodušším mnohobuněčným živočichům a biologové proto velmi rádi studují jejich tělesnou stavbu i vývoj. Kromě své jedinečné pozice ve vývojovém »stromu života« jsou však v poslední době zajímaví i jako potenciální zdroj řady jedinečných bioaktivních látek. Jedním z největších »šlágrů« látek z těchto podmořských lékárniček je i metabolit latrunculin B. Nachází se v těle houbovce Negombata magnifica, jehož domov je v teplých vodách Rudého moře. Vědci mají za to, že tato látka slouží jinak bezbranným tvorům jako obrana před nevítanými nájemníky, predátory či konkurenty. V současné době se dokonce pokládají základy masového pěstování těchto tvorů v podmořských plantážích na matricích z PVC či nylonu.
Cytoskelet aneb vnitřní lešení
Laikům mohou jednotlivé buňky připomínat jen jakési »pytlíčky«, v nichž ve vodním roztoku volně plavou jednotlivé organely a živiny. Odborník však ví, že vnitřní architektura buňky je velmi složitá a navíc je prakticky neustále ve stádiu vnitřní přestavby. Vnitřní »lešení« buněk slouží nejen k její opoře růstu, ale umožňuje jim např. i pohyb (typicky např. u jednobuněčných měňavek), dělení a v neposlední řadě také transport látek. Ve složitějších a evolučně pokročilejších eukaryotických buňkách nalezli biologové 3 základní složky: mikrotubuly, mikrofolamenta a takzvaná intermediální filamenta. Každá z nich je tvořena jiným typem proteinu a má proto jiné vlastnosti a jinou funkci. Mikrotubuly jsou tvořeny zejména tubulinem, mikrofilamenta aktinem a intermediální filamenta zejména keratinem. Každý z nich má navíc své tzv. asociované proteiny, které jsou na něj navázány jak fyzicky, tak funkčně. Např. na aktin se ve svalových buňkách váže protein myosin. Vzájemný pohyb těchto molekul pak umožňuje smršťování a natahování svalových vláken, a tím i pohyb.
