Čeští vědci rozluštili unikátní „chybnou“ DNA dosud neznámého parazita

Jmenuje se Blastocrithidia nonstop a je to parazit. Pro vědeckou obec je zcela nový a zároveň velmi unikátní. Proč je ale jeho objev tak mimořádný? Odborníci zjistili, že má tento nově popsaný prvok naprosto nepředvídatelnou a výraznou odchylku od genetického kódu, který je jinak úplně stejný u drtivé většiny organismů včetně člověka. O rozluštění genetické záhady se postarali čeští molekulární biologové především z Mikrobiologického ústavu AV ČR a Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR. Projekt podpořila Grantová agentura ČR a studii otiskl prestižní odborný časopis Nature.

Žije si jako v ráji, Českém ráji, a parazituje na plošticích. Vědci jej nalezli u celkem běžně se vyskytující ploštice Eysarcoris aeneus chycené na louce vedle Podtroseckých rybníků v Libereckém kraji. Tento parazitický prvok nenapadá přímo člověka, patří však do skupiny Trypanosomatina, což jsou prvoci blízce příbuzní trypanozomě spavičné, která je u člověka a skotu původcem smrtelného onemocnění zvaného spavá nemoc. Díky své genetické „odchylce“ je nový prvok velmi cenný pro další biologický výzkum, protože může vědcům umožnit dosud nepředstavitelné manipulace s genetickým kódem.

Nově objevený a popsaný bičíkovec Blastocrithidia nonstop (na snímku) je blízce příbuzný trypanozomě spavičné, která způsobuje spavou nemoc.

Genom je jako kniha plná vět – genů
Genetická informace je uložena v molekulách DNA, jejichž jednotlivé úseky označujeme jako geny a jejich soubor v daném organismu se nazývá genom. Každý gen v sobě obsahuje recept na výrobu jedné bílkoviny, která vzniká různými kombinacemi dvaceti základních aminokyselin procesem zvaným proteosyntéza. Pro jednoduchost si lze gen představit jako jednu větu začínající velkým písmenem a končící tečkou, zatímco genom je kniha vyprávějící celý příběh. Velká písmena a tečky oddělují jednotlivé věty, a dávají tak celému příběhu jasnou strukturu a smysl.

Nedávno se však ukázalo, že existují organismy, do jejichž vět pronikly tečky navíc, a to tak, že nahradily specifická písmena libovolných slov (E a V, která značí konkrétní aminokyseliny). V důsledku toho jsou čtenáři (v případě genomu se jedná o buněčné luštitele genetického kódu – tzv. ribozomy) zmateni, kde věty skutečně končí, a příběh se stává zcela nesrozumitelným. V přeneseném slova smyslu by se dalo říci, že u nich došlo k biblickému zmatení jazyků jako v pradávné říši Babylonské.

Blastocrithidia nonstop parazituje na plošticích Eysarcoris aeneus odchycených v Českém ráji.

Snad nejzmatenější ze všech je právě nově popsaný druh trypanozomy, parazitující na českých plošticích. Vědci z Parazitologického ústavu Biologického centra a Mikrobiologického ústavu AV ČR objevili molekulární mechanismus, který se u tohoto prvoka vyvinul, aby čtenář (ribozom) mohl procházet jeho genetickými větami tak, jako by v nich žádné tečky navíc nebyly. Věty jsou však tak specificky zašifrované, že čtenáři (ribozomy) žádných jiných organismů nedokážou příběh (genetickou informaci) správně rozluštit.

„Trik spočívá v povaze a délce molekuly transferové RNA neboli tRNA, která ribozomu běžně slouží jako luštitelská příručka, a v jedinečné úpravě jedné bílkoviny, která v buňkách za normálních okolností zajišťuje rozpoznávání teček, tedy přesné ukončení proteosyntézy,“ vysvětluje Leoš Valášek z Mikrobiologického ústavu AV ČR. Součinností těchto dvou upravených molekul pozná ribozom tohoto prvoka, kdy má, nehledě na spoustu teček, větu správně ukončit, a kdy má tečky naopak nahradit dvěma původními písmenky (E a V), což příběhu (genetické informaci) vrátí smysl.

„Vypadá to trochu jako opravený diktát nepozorného žáka základní školy, ale jak přesvědčivě ukazuje studovaná trypanozoma, dá se s tím dobře žít. Jedná se o naprosto nečekaný a dramatický odklon od standardního genetického kódu, který je podstatou všeho živého,“ dodává další z autorů Zdeněk Paris z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR.

Proč má ve svém jméně „nonstop“?
Tento bičíkovec byl pojmenován Blastocrithidia nonstop na základě jeho velmi dramatického odklonu od univerzálního genetického kódu. „Ve svých genech totiž nese tisíce UAA, UAG a UGA stop kodonů, které ale jeho ribozom nečte jako konec výroby příslušného proteinu. Kdyby tak činil, žádný ze svých proteinů by neměl v plné délce, což by pro jeho buňky bylo smrtelné,“ pokračuje Zdeněk Paris. Namísto toho syntéza proteinů pokračuje (proto název Blastocrithidia nonstop), neboť těmto stop kodonům ribozom přiřazuje aminokyseliny glutamát pro UAA a UAG a tryptofan pro UGA pomocí unikátních adaptací, které vědci v nové studii podrobně popsali. Výsledkem je, že vše, co tento prvok k životu potřebuje, si bez problému vytvoří sám.

Unikátní objev je důležitý nejen pro základní biologický výzkum, ale i pro nejnovější vědecké trendy, například syntetickou biologii, jejímž cílem je uměle vytvořit a vylepšit produkci a vlastnosti biologických látek pro nejrůznější účely.

Tisková zpráva k novému objevu je uveřejněna na webových stránkách Akademie věd ČR.

Studie publikovaná v časopise Nature je k dispozici zde.

Text: Markéta Wernerová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy AV ČR
Foto: Shutterstock; Jan Votýpka, Biologické centrum AV ČR; Leoš Valášek, Mikrobiologický ústav AV ČR

Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Evoluce věčně živá. V čem tkví podstata biologické rozmanitosti?
• Pozor na klíšťata v městských parcích, jsou nebezpečná, varují odborníci
• Unikátní rozmnožování skokanů z Moravy potvrdili vědci i u dalšího druhu žáby
• Embrya parazitických ryb hořavek se naučila přemet, který jim umožňuje přežít
• Na světě klesá počet velkých šelem – vymírání čelí například levharti
• Vědec chce rozlousknout záhadu rozmanitosti přírody za pomoci mušek octomilek
• Rostliny se mohou přizpůsobit klimatickým změnám, aniž by změnily svoji DNA
• Ekosystémové stanice: tiší strážci zkoumají „dech“ krajiny a dopady změn klimatu
• Vědci předkládají zajímavou teorii: křídla hmyzu se mohla vyvinout z žaber
• Třetina světa v posledních dekádách citelně vysychá, zjistili vědci z CzechGlobe