Zdánlivá jednoduchost primitivní výbavy bakterií klame. Jak jinak se dá vysvětlit, že dokážou přežít dlouhodobé sucho, velmi vysoké, ale i nízké teploty nebo třeba útok antibiotik. A některé nezničí dokonce ani ionizační záření. Rekordmanem v tom je bakterie s přezdívkou Conan.  .

V experimentálním oddělení Oregonského zemědělského institutu žádné převratné objevy neočekávali. Jejich úkol byl stejně praktický jako nudný: Měli hledat nové možnosti, jak zabránit kažení hovězích konzerv.

A protože to to bylo v 50. letech minulého století a velkým tématem byly pokusy s radiací, ozařovali konzervy gama paprsky. Pak je kontrolovali, jestli se v nich přece jen nějaké známky kažení neobjeví.

Bylo to jen pro jistotu, dobře věděli, že ozáření všechny stopy života v mase spolehlivě likvidují. Jenže neočekávané nastalo. U jednoho vzorku se k jejich překvapení rozbíhal rozklad masa. Že by nějaká technická chyba, uvažovali.

Nevypadalo to tak. Pod mikroskopem se to sice hemžilo bakteriemi, jenže všechny byly toho samého druhu, nešlo tedy o chybný postup při experimentu. Banální potravinářský výzkum tak narazil na bakterii, které nevadí radiace.

Po jistém tápání, kam ji zařadit, genetické zkoumání ukázalo, že patří mezi deinokoky, skupinu nesmírně odolných bakterií. A tato nad nimi ještě vysoce vyčnívala, takže dostala název Deinococcus radiodurans čili deinokok odolný vůči radiaci.

Vydobyla si dokonce přezdívku „Bakterie Conan“ podle Barbara Conana, komiksového hrdiny fantasy povídek Roberta E. Howarda.

Přežije i ve vesmíru

Vědu mimořádné vlastnosti tohoto deinokoka nadchly, a tak se experimentovalo a hledaly se hranice jeho schopnosti zvládat extrémní podmínky. Ukázalo se, že jsou pozoruhodně široké. Deinococcus radiodurans přežije dávky ionizovaného záření v řádech desetitisíců grayů, zatímco pro člověka jsou smrtelné už jednotky.

Deinokok ale zvládá i jiné extrémy. Přežívá při teplotách hluboko pod bodem mrazu, za dlouhodobého sucha, v koncentrované kyselině, a dokonce i ve vakuu. Po pokusech, co všechno tento deinokok vydrží, nastalo hledání příčiny jeho nezdolnosti.

Napomohl tomu vývoj moderních molekulárně biologických metod. A tak se někdy na přelomu století začalo rýsovat značně překvapivé vysvětlení. Zatímco všichni čekali nějaký dosud neznámý štít chránící DNA před rozlámáním na kousky, když do buňky pronikne radiace, Michael Daly, radiační biolog z vojenské univerzity v americké Bethesdě, si uvědomil, že půjde spíš o mangan.

Uvažoval prostě. Jestliže se ví, že záření poškozuje genom různých bakteriálních druhů ve stejné míře, tak musí superodolný deinokok využívat jiný záchranný systém pro své přežití.

Mocný mangan

To je tak: Při opravě rozlámané DNA buňkám pomáhají specializované proteiny. A Daly ze své předchozí práce už věděl, že proteiny opravných systémů deinokoku fungují mnohem efektivněji než v choulostivých bakteriích.

To si dal dohromady s již známým faktem, že odolnější bakterie mají pozoruhodně vysoké množství manganu v buňkách. Tuto stopu začal sledovat. Chtěl zjistit, k čemu vlastně buňky mangan využívají a v jaké formě.

Tak objevil chemický komplex, v němž buňka mangan vázala a pak používala jako nesmírně účinný antioxidant. Jeho chvíle nastávala po ozáření: To vytvořilo agresivní volné radikály, které napadaly opravné proteiny.

Bránily tak buňce škody odstranit. Manganový komplex začal tyto volné radikály okamžitě zneškodňovat, a tak dával buňce šanci se zachránit. Daly tak s překvapením zjistil, že záchranná strategie deinokoku je založena nikoliv na ochraně genomu, ale systému, který ho opravuje.

Účinná strategie

Deinokok přitom nespoléhá jen ta tuto jedinou spásu před zničením, ostatně ho neohrožuje jen radiace. Aby dokázal vzdorovat nepříznivým, ba extrémním podmínkám, pomáhá si hned několika triky. Tím prvním je jeho způsob života.

Deinokok je kulovitá bakterie, ale pod mikroskopem se jeví jako členitý balíček. Žije totiž ve čtveřicích, takže každá bakterie je vždy těsně spojená s třemi dalšími. Tím si vzájemně chrání část svého povrchu a nejsou kompletně celé vystavené prostředí.

Další pojistkou je genom přítomný v každé buňce hned v několika sadách, což usnadňuje jeho opravu. A když už k rozbití DNA dojde, má pro kompletaci úlomků dvoustupňový program, kterým dokáže opravit jednovláknovou i dvouvláknovou DNA. Nejprve spojuje malé fragmenty, pak podle nich sestavuje celou šroubovici.

Pracuje přitom nesmírně rychle, během 24 hodin, ale někdy i mnohem dříve, má opět funkční genom. Tuto schopnost deinokoku můžeme zatím jen obdivovat. Jednodušší by bylo okoukat a pokusit se napodobit manganový antioxidant.

Proto se další výzkum zaměřil na rozluštění jeho přesného složení. Loni se to podařilo. A ukázalo se, že si deinokok při přípravě ochranného antioxidantu navíc počíná nesmírně prakticky. Kromě manganu žádnou zvláštní surovinu nepotřebuje, využívá jen dva produkty vlastního metabolismu.

Autorka: Kateřina Pavelcová

Více se dočtete v čísle 4/2025.