Článek vznikl ve spolupráci se zatím poslední laureátem Ceny 21. STOLETÍ pro mladého vědce do 35 let Janem Borovičkou.

Houby, třeba i ty, kterých si všimnete během svých houbařských výprav do lesů, jsou nesmírně významným hráčem v koloběhu živin v přírodě. Zjistit podrobnosti se 21. století vypravilo do Geologického ústavu AV ČR a na Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze.

Česká obliba houbaření hledá svou obdobu kdekoliv jinde na světě skutečně jen velmi stěží. Jen z málokterého houbaře se však stane amatérský mykolog, a jen z málokterého takového se stane vědec, pro něhož nejsou houby jen zajímavou volnočasovou aktivitou, ale i hlavní náplní práce.

K takovým nemnoha „šťastlivcům“ patří RNDr. Jan Borovička, Ph.D., který se výzkumu hub věnuje hned na dvou pracovištích Akademie věd ČR: v Geologickém ústavu a v Ústavu jaderné fyziky. Jeho výzkumy, které se postupem času dále štěpí do dalších a dalších nečekaných cest, jsou krásnou ilustrací principu, že v přírodě vše souvisí se vším a že důležité a praktické objevy mohou přijít z nejrůznějších stran.

Není houba jako houba

Naše představa, že houba je organismus velmi pasivní, který vše okolo sebe pouze trpně nasává, tkví v nešťastné záměně dvou skupin organismů. Prvním jsou jednodušší mořští živočichové, dnes odborníky pro jistotu nazývaní houbovci (Porifera).

Zbytky těl řady těchto druhů se skutečně využívaly k mytí či otírání (dnes jsou nahrazovány syntetickými materiály). Tyto „houby“ však nejsou živé, a není proto divu, že pouze pasivně „nasávají“.

Něco takového však zdaleka neplatí pro zástupce říše Fungi, mezi které patří i řada známých a kulinářsky oblíbených druhů. Tyto houby jsou v přírodě velmi aktivními hráči, kteří dosti zásadním způsobem zasahují do koloběhu jak živin, tak látek, které jsou naopak pro řadu organismů toxické, například těžké kovy či radioaktivní prvky.

Jedním ze zásadních zjištění českých vědců však je, že různé druhy hub jsou různě „vybíravé“ a ve svých plodnicích akumulují různé prvky ve velmi různých koncentracích. Za touto vybíravostí stojí řada konkrétních fyziologických procesů, jejichž poznání představuje pro vědce zajímavou a doposud nepříliš často přijímanou výzvu.

Od teorie k praxi

„Jelikož se díky kulturním zvyklostem rozvíjí výzkum hub spíše v Evropě než třeba ve Spojených státech, je velká část našich výzkumů ve své oblasti úplně první,“ popisuje situaci ve svém oboru Jan Borovička.

Aby však celá záležitost nevypadala jen úzce teoreticky – na konci takových výzkumů by mohly stát velmi praktické výsledky.

Velkým sci-fi dnes již není např. snaha vytvoření tzv. transgenních organismů, např. rostlin, jimž by se do genetické výbavy (genomu) vpravily příslušné „akumulační“ geny z hub. Takové rostliny by mohly najít řadu různých využití, třeba při rekultivaci znečištěného životního prostředí, kterému vědci odborně říkají fytoremediace.

Šťastně nalezená houba

Vědec, a zvláště vědec přírodní nejsnáze zaplesá, když objekt jeho zájmu vykazuje nějaké neobvyklé vlastnosti. Takové objekty jsou v přírodě potenciálně významné, badatele na sebe přímo upozorňují a řadu zjištění lze později i zobecnit na další, méně nápadné zástupce.

Takový zajímavý objekt výzkumu nalezl Jan Borovička v muchomůrce šiškovité (Amanita strobiliformis).

Průzkum s využitím neutronové aktivační analýzy (viz rámeček „Na houby s jaderným reaktorem“) ukázal, že 1 kg suché houby někdy obsahuje i více než 1 gram neesenciálního, a navíc poměrně toxického těžkého kovu: stříbra (tedy i 100x více, než jiné druhy na stejném podloží).

Muchomůrka s hypervlastnostmi

Stříbro dokážou houby „nasát“ nejen na místech, která jsou jím relativně „promořená“, ale i na takových, kde je přirozená koncentrace tohoto kovu v půdě velmi nízká – a to se týká právě muchomůrky šiškovité.

Pro její nadprůměrné schopnosti ji vědci označují za tzv. hyperakumulátora (?). „Ve spolupráci s laboratoří dr. Milana Gryndlera z Mikrobiologického ústavu AV ČR jsme zjistili, že hmota z rozložených plodnic výrazně ovlivňuje složení půdních mikroorganismů, a je tedy možné, že kumulace stříbra v plodnici může být obranným prostředkem v boji proti jejím potenciálním škůdcům, což je fenomén již známý a potvrzený z říše rostlin“ popisuje Jan Borovička.

Pomocná ruka od chemika

Neobvyklé schopnosti muchomůrky šiškovité přiměly Jana Borovičku, aby se poohlédl po spolupracovnících, kteří by mu napomohli s rozpoznáním konkrétních procesů dávajících této muchomůrce tak jedinečné schopnosti.

Prostředníkem šťastné náhody se stal bývalý předseda Akademie věd ČR prof. RNDr. Václav Pačes, DrSc., který poskytl tip na biochemika doc. Ing. Pavla Kotrbu, Ph.D., z VŠCHT v Praze. Společně vypracovaný projekt zaměřený na kovy v houbách pak finančně podpořila Grantová agentura ČR.

„Náš zájem se soustředil na dva aspekty problematiky zacházení muchomůrek se stříbrem. Prvním z nich je způsob, jakým se vlastně stříbro do hub dostává, druhým pak její schopnost, jak si s tímto jedovatým kovem dokáže uvnitř svých buněk poradit,“ vysvětluje doc. Kotrba.

„Tyto výzkumy úzce souvisí i s naším výzkumem holubinek (r. Russula), jejichž některé druhy akumulují významný biogenní prvek – zinek,“ doplňuje doc. Kotrba.

Pátrání po neznámém genu

Houba, která hromadí nějaký prvek, v tomto případě stříbro, v nezvykle vysokém množství, musí mít jednu zvláštnost: neobvykle široce rozevřená „vrátka“, jimiž může stříbro proudit dovnitř.

Metafora „vrátek“ není v případě živých organismů příliš zavádějící. Odkazuje ke zvláštní struktuře zabudované do buněčné membrány buňky: k membránovým kanálům. Tyto kanály, jejichž hlavním úkolem je propouštět do vnitřního světa organismu jen některé látky, jsou tvořeny specializovanými bílkovinami.

Jelikož je každý protein (čili bílkovina) živého těla zakódována v genetické informaci, tedy v DNA v buněčném jádře, mohou se vědci vypravit na pátrání po genu, který je v důsledku za import stříbra zodpovědný.

„Zatím se nám podařilo identifikovat 4 geny. Jejich správné popsání a následné vsazení do rostlin by mohlo stát na začátku „výroby“ rostliny, která by dokázala životní prostředí zbavovat nebezpečného stříbra,“ vysvětluje význam nových objevů docent Kotrba.

Jak zbavit stříbro jedovatosti?

Poté, co houba otevře stříbru vrátka dovnitř sebe, vyvstává před ní další významný problém: jak v sobě stříbro, které nepatří mezi esenciální prvky, udržet a zároveň sebe sama neotrávit? S tímto úkolem pomáhají nejen houbám, ale i řadě dalších organismů zvláštní látky, odborně nazývané složitým slovem metalothioneiny.

V praxi nejde o nic jiného, než o krátké molekuly (peptidy), sestavené maximálně z 80 aminokyselinových „cihliček“.  „U muchomůrek, s nimiž jsme pracovali, se nám podařilo jednoznačně prokázat, že zneškodnění stříbra přímo v buňkách mají na starosti z velké části právě tyto malé molekuly.

Stříbro na sebe buď naváží, nebo mohou obalit vznikající stříbrnou nanočástici. Jako prvním na světě se nám také podařilo dokázat, že tyto molekuly mohou v houbách fungovat také v několika drobně odlišných podobách, tzv. izoformách, “ pochvaluje si výsledky doc. Kotrba.

Zdravý tabák a antibakteriální plátno

Správné pochopení mechanismů chování a interakcí těžkých kovů s biosférou (nejen stříbra, ale např. kadmia a dalších) by mohlo vést k velmi zajímavým aplikacím, založených na předávání genů hub do rostlin.

Dnes se výzkumy soustředí zejména na oblíbenou pokusnou rostlinu experimentálních botaniků, na tabák. I výzkumy na tabáku by však mohly najít dobré praktické využití: tabák s nízkým obsahem těžkých kovů byl podstatně „zdravější“.

„K dalším zajímavým rostlinám by mohl patřit len, který tradiční kulturní plodinou. Kumulace některých prvků v jeho stoncích (a tudíž i v jeho vláknech) by z něj mohla učinit skvělý materiál pro výrobu ,hygienických´ tkanin s antimikrobiálními vlastnostmi,“ uvažuje nad možným směrem dalších výzkumů, doc. Pavel Kotrba.

Na houby s jaderným reaktorem

Správné stanovení obsahu některých vybraných prvků ve vzorcích, které v přírodě opatří mykolog, je pro směřování výzkumu klíčové. Jedním z takových způsobů, tedy metod analytické chemie, je i neutronová aktivační analýza (INAA), která patří do širší rodiny tzv. radioanalytických metod.

Její velkou výhodu je nejen její vysoká citlivost, ale především to, že umožňuje stanovení mnoha prvků najednou. Za tu se ovšem platí také poměrně vysoká cena, a to nejenom ve smyslu finanční náročnosti.

Je k ní totiž zapotřebí nesnadno přístupného zdroje neutronů.  Jan Borovička  využívá pro své účely výzkumný jaderný reaktor LVR–15. Je k dispozici v Ústavu jaderného výzkumu v Řeži u Prahy.

Jak již název metody napovídá, vzorek je ozařován v reaktoru proudem neutronů. Jejich záchytem v jádrech prvků dojde ke vzniku nových izotopů (radionuklidů), které se následně přeměňují. Tuto přeměnu doprovází charakteristické gama záření, které lze s určitým časovým odstupem od ozáření změřit, a tak stanovit nejen přítomnost, ale po porovnání se standardem také koncentrace prvků ve vzorku.

Radioaktivní zvěřina

Mezi houbami existují i takové, které akumulují radioaktivní prvky. Nejvýznamnějším radionuklidem je v současnosti izotop cesia 137Cs , který byl součástí radioaktivního spadu po havárii černobylské elektrárny.

Ten mají ve zvláštní oblibě zvláštní, laikům prakticky neznámé houby jelenky (r. Elaphomyces).

Jejich neznámost má hned několik důvodů. V první řadě se nejedná o houby, které by lákaly k jídlu. Nejsou sice přímo jedovaté, ale do smaženice se zkrátka nehodí. Druhý důvod spočívá v tom, že plodnice těchto hub rostou několik centimetrů pod zemí, takže zůstávají pro oko běžného návštěvníka lesa skryty.

Stejná pravda však neplatí pro lesní zvěř, zejména pro prasata divoká a vysokou. Několik studií z posledních let, které byly prováděny v několika středoevropských zemích (Německo, Chorvatsko, Česko), ukázalo, že díky konzumaci hub „nasáklých“ 137Cs se tento prvek přenáší i do jejich tělesných tkání, včetně tkáně svalové. „Zvěřina“ je tak někdy paradoxně více radioaktivní než běžně sbírané houby.

Fáma jménem Fukušima

Všichni z nás mají jistě v čerstvé paměti vlnu obav, které zažívala veřejnost těsně po havárii reaktorů jaderné elektrárny v japonské Fukušimě. Jedna z největších sevřela i srdce českých houbařů: bude bezpečné sbírat oblíbené houby, o nichž je přeci známo, že do sebe pojímají nejen těžké kovy, ale i radioaktivní izotopy?

Obavy veřejnosti navíc přiživila „zaručená zpráva“, kolující po internetu, která se tvářila jako únik „tajné“ a „zakázané“ informace z některého z pracovišť Akademie věd ČR. Po vypuštění této zprávy začaly mnoha mykologům, včetně Jana Borovičky, drnčet telefony.

Jak ale Jan Borovička vysvětluje, jde o klasický příklad fámy, kterým doba internetu nadmíru přeje.

I hory (??) jsou radioaktivnější

Radioaktivní spad z Fukušimy naše území prakticky nezasáhl, takže už přirozená radioaktivita horninového prostředí u nás je nesrovnatelná s tím, co se k nám z Japonska dostalo. „Radioaktivnímu cesiu 137Cs navíc nějaký čas trvá, než se skrze mycelium nakumuluje v plodnicích.

K žádnému měření, které by přineslo signifikantní výsledky, tedy v době kolování fámy ani dojít nemohlo,“ podkopává argumenty konspirační teorie český vědec. „Množství cesia, které se v současnosti může nakumulovat v běžných jedlých houbách, není v porovnání s přirozeným pozadím tak významné, aby představovalo vážné riziko,“ dodává Borovička.