Řasa se dohodla s imunitním systémem mloka

Někdy se stane, že máme před nosem mimořádný objev ukrytý v systému, který je už celá desetiletí předmětem výzkumu. Ryan Kerney z Dalhousie University v kanadském Halifaxu to zažil na vlastní kůži, když pozoroval zblízka shluk jasně zelených koulí – vajíček s embryi axolotla skvrnitého (Ambystoma maculatum).

Axolotl skvrnitý je americký příbuzný našeho mloka. Nazelenalé zabarvení jeho vajíček způsobuje jednobuněčná řasa Oophilia amblystomatis. O té už je nějakou dobu známo, že si užívá symbiotický vztah s vajíčky axolotla skvrnitého, vyvíjejícími se ve vodě.

Jenže tahle symbióza byla původně chápána jako symbióza mezi embryem a řasami, přítomnými v rosolovitém obalu vajíčka. Embryo produkuje dusíkem bohaté metabolity, které chutnají řasám, a ty zase fotosyntézou zvyšují obsah kyslíku ve vodě v bezprostřední blízkosti embryí.

Řasa obklíčená elektrárnamiKerney si ale všiml, že jasně zelenou barvu řas pozoruje nejen z gelovitého obalu vajíček, ale i z embryí samotných. „Ze zvědavosti jsem se rozhodl udělat fluorescenční snímek nevylíhnutého embrya axolotla skvrnitého s dlouhou expozicí,“ říká Kerney. Svítící tečky na snímku indikovaly, že tělní buňky embrya mohou obsahovat chlorofyl, proto Kerney použil zobrazení transmisní elektronovou spektroskopií (TEM), aby jev prozkoumal blíže. „V buňkách axolotlů, které obsahují řasy, je často vidět několik mitochondrií, které obklopují symbiotické buňky řas,“ konstatoval Kerney nad TEM zobrazením.

Mitochondrie jsou elektrárny zvířecích buněk, které energii reakcí kyslíku a metabolických produktů glukózy přeměňují do ATP (adenosin trifosfátu) – molekuly, která pro buňku skladuje energii. Takže mitochondrie, shromážděné okolo buněk řas, mohou těžit z kyslíku a uhlovodíků vzniklých při fotosyntéze v těchto zvláštních buňkách.

Protekce imunitního systémuSymbióza s fotosyntetizujícími organismy je známá u bezobratlých, například u korálů, nebo podivuhodného zeleného mořského plže na alternativní pohon Elysia chlorotica. Připomeňme jen, že ten si dokonce „ukradl“ některé geny, potřebné pro fotosyntézu, a poté, co se »nabije« chloroplasty z řas Vaucheria, nemusí téměř rok přijímat potravu.

Buňky obratlovců ale mají velmi složitý adaptivní imunitní systém, který rozeznává a zneškodňuje jakýkoliv »nevlastní« biologický materiál. Proto si poradíme s nebezpečnými bakteriemi a viry, které občas dostanou chuť nás obydlet, a ani si toho nevšimneme.

Jen když je jich přesila, imunitní systém akceleruje a dostaneme horečku, která nás »položí«. Ale v případě axolotla a jeho spřátelených řas to neplatí. Buňky samy nějak změnily s vidinou profitu ze symbiózy svůj imunitní systém, vypnuly ho nebo nějak změnily pravidla.

Oboustranný profitNení známo, jak důvěrné vztahy mezi axolotlem a řasami začaly. Ryan Kerney se teď pokouší zjistit, jak k tomu mohlo dojít, v návaznosti na předchozí výzkumy. Např. Lynda Goffová, bioložka z kalifornské university v Santa Cruz, už dříve zjistila, že embrya bez přítomnosti řas pomaleji rostou a naopak, že řasy lépe prosperují, když embryo roste, rychleji se začleňují do obalu vajíček.

Ale jak a kdy se staly řasy součástí embryonálních buněk? Kerney zpozoroval, že když se začne tvořit nervová soustava embrya, objeví se při detekci v této fázi vývoje zelený záblesk fluorescentního značení v každém vajíčku.

Ten nastane v důsledku vývoje řas, kterým prospívá zvyšující se produkce dusíkem bohatých metabolitů z embrya. Když se jejich produkce zvýší, musí být pro řasy cesta dovnitř otevřená a vyšší množství řas zvyšuje šanci, že se některé dostanou dovnitř.

Tato závislost také nabízí hypotézu pro to, proč dosud nebyly řasy uvnitř embryí axolotlů nalezeny. Embrya mohla být studována před fází, ve které se řasy začnou množit. Ale to, že je nevidíme, ještě neznamená, že řasy v embryonálních buňkách nejsou i předtím.

Zelené rodinné stříbroAby toho nebylo málo, vědci objevili symbiotické buňky řas ve vejcovodech dospělých samiček. Během průchodu vejcovodem se vajíčko axolotla oblékne do ochranného gelového obalu. Toto překvapivé zjištění tedy naznačuje, že se symbiotické řasy předávají z matky do gelového obalu potenciálního potomka už při reprodukci.

Bylo by možná zajímavé, kdyby byl další výzkum zaměřený na imunologické charakteristiky řas, nalezených ve vejcovodech, a řas volně plovoucích v nějakém vodním rezervoáru, které nemají s axolotlem žádné důvěrné vztahy.

Možná by se ukázalo, že povrchové struktury buněk spřátelených řas, důležité pro imunitní systém, byly přizpůsobené tak, aby je imunitní systém axolotlů považoval za vlastní. Právě proto se tyto přizpůsobené řasy možná předávají z matky na potomstvo.

Jiná hypotéza nabízí možnost, že v zárodečné buňce imunitní systém ještě nefunguje a řasa, která do ní pronikne je po jeho spuštění rozeznávaná jako »vlastní«. I to by mohl být důvod toho, proč jsou řasy přítomné hned »na startu“«.

Způsobí axolotlové revoluci? „Zajímalo by mě, zda by se mohly řasy dostat přímo do zárodečné buňky,“ říká David Wake, profesor na University of California v Berkeley, který sledoval Kerneyovu prezentaci.

„To by opravdu byla výzva dogmatu (o možnostech buněk obratlovců zacházet s cizím biologickým materiálem). Ale proč ne?“ David Wake pak společně s Davidem Buckleyem z Národního muzea přírodních věd v Madridu, který se specializuje na biologii obojživelníků, potvrdili, že tato práce nám pomůže pochopit, jak je schopnost rozeznávat vlastní struktury předávána buňkami obratlovců během vývoje.

Volnomyšlenkářské buňkyProtože mlokům a axolotlům mohou dorůstat údy, mnoho buněk dospělých jedinců má v různé míře schopnost změnit specializaci na jinou během života axolotla (jakoby se například kožní buňky přeškolily na nervové buňky, když by to právě bylo zapotřebí).

To může také znamenat, že specializované buňky dospělých axolotlů jsou schopné tolerovat řasy uvnitř, protože proces, při kterém se učí rozeznávat vlastní struktury je odlišný ostatních obratlovců. Nabízí se tady nepřeberné množství otázek a hypotéz a to znamená, že tento objev otevírá lákavé široké pole dalších výzkumů.

Ty mohou pomoci najít další nové zákonitosti v symbióze živých organismů nebo imunologii obratlovců a může přinést ještě mnohá překvapení při průzkumu podobných vztahů.

Zelení alchymistéPod pojmem řasy je schovaná velká a značně nesourodá skupina jedno- i vícebuněčných mikroorganismů, které využívají energii slunečního záření. Dokážou využívat pro stavbu svých buněk i to, co lidé považují za znečištění, takže bujně rostou ve vodách, které obsahují hnojiva spláchnutá z polí, fosfáty z pracích prášků i těžké kovy.

Toho se využívá v čistírnách odpadních vod. Řasy téměř doslova mění jedy ve zlato. Podle dostupných údajů se sklízí na celém světě 7 mil. tun mořských řas, přibližně polovina se využívá v potravinářství (získává se z nich např.

agar, karagen, algináty, beta karoten), druhá polovina v kosmetice, medicíně apod. Z netradičních způsobů využití stojí za zmínku řasa produkující vodík v budoucnosti použitelný jako palivo a řasy, které recyklují, vyrábí kompost z rostlinných zbytků.

Ve špatnou dobu na špatném místěStejné řasy ale na jiném místě dělají lidem vrásky. Řeč je o řasách, které mohou ohrožovat spořádaný chod chladicích systémů jaderných elektráren. V nádržích otevřených světlu, ve kterých se díky odpadním vodám udržuje celoročně teplota okolo 20 ºC, se řasám daří.

Hůře se pak vede návazným systémům – řasy mohou ucpávat filtry a čerpadla. Produkují kyslík a ten může urychlovat korozi kovových součástí, které s řasami přicházejí do styku. V jaderných elektrárnách proto s řasami vedou neutuchající nákladné chemické války.

Vědci z Botanického ústavu AV ČR v. v. i. našli i jiné, přirozenější, účinnější a levnější řešení. „Ověřili jsme, že samotný zooplankton je schopen velice účinně odfiltrovat rasy, i bez přidávání drahých preparátů.

Podporou rozvoje zooplanktonu jsme dosáhli výrazně lepších výsledků ve srovnání se standardně ošetřovanými nádržemi,“ komentoval výsledky projektu RNDr. Jaromír Lukavský, CSc.