Vědci rozkryli genetickou raritu – řasu se sedmi různými genomy

Jednobuněčná řasa, která byla více než 50 let uložená v univerzitní sbírce v německém Goettingenu, se ukázala jako skutečná evoluční podivínka. Dlouhodobě spolupracující vědci z Univerzity Britské Kolumbie v kanadském Vancouveru, Ostravské univerzity a Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích po jejím detailním prozkoumání zjistili, že v sobě nese sedm různých genetických informací. To je dosud rekordní počet zaznamenaných genomů v jediné buňce. Studii publikoval odborný časopis Current Biology.

Není neobvyklé, že buňky mají více genomů. Předpokládá se, že složité buňky vznikly asi před třemi miliardami let a v průběhu svého evolučního vývoje do sebe pojaly bakterie, s nimiž žily v symbióze a z nichž se později vyvinuly buněčné organely. Téměř každá živočišná buňka tak obsahuje dva genomy – větší je uložen v buněčném jádře, zatímco menší v mitochondrii, která vznikla právě během evoluce splynutím s bakterií. Každá rostlinná buňka má navíc ještě malý genom v chloroplastu, což byla původně sinice, díky níž získaly rostlinné buňky schopnost fotosyntézy.

Na objevu se podíleli také čeští vědci včetně Julia Lukeše z Biologického centra AV ČR

Dravé buňky požírající červené řasy
Ještě složitější kombinaci čtyř genomů si uchovávají řasy kryptomonády (Cryptophyta), česky skrytěnky. Kryptomonádové řasy však nejsou rostlinné buňky. Začaly jako volně plovoucí dravé buňky a schopnost fotosyntézy získaly pohlcením jiné buňky – červené řasy.

A právě mezi kryptomonády patří i řasa Cryptomonas gyropyrenoidosa, kterou někdy před rokem 1970 nasbíral slavný botanik Ernst Georg Pringsheim a která byla od té doby uchovávána v jeho posledním působišti na Goettingenské univerzitě. Nelze vyloučit, že tato řasa mohla být izolována mnohem dříve. Třeba již při vědcově pobytu na Ferdinandově univerzitě v Praze v letech 1923 až 1938; Ernst Georg Pringsheim byl totiž i československým občanem.

Detekce obou druhů symbiotických bakterií v kryptomonádě pomocí fluoroscenčního značení

Staré vzorky, nové objevy
Česko-kanadský tým pod vedením Emmy George z Univerzity Britské Kolumbie v Kanadě si vyžádal vzorky této řasy, aby mohl analyzovat veškerou DNA uvnitř buněk a identifikovat její původ. Ke čtyřem genomům v buňce, jimiž se mohou pyšnit všechny kryptomonády, připočítali vědci u řasy z Goettingenu ještě tři další nové genomy. Skrytěnka totiž získala nejen jednoho, ale hned dva další bakteriální endosymbionty, z nichž jeden je navíc infikován bakteriofágovým virem (tj. virus, který napadá bakterie). Podle genetické analýzy se jedná o bakterie Grellia numerosa a Megaira polyxenophila a virus MAnkyphage.

Tento konglomerát bakterií a viru žil už v řase, kterou Pringsheim nasbíral, a od té doby se přenášel během více než padesátiletého souvislého pěstování v univerzitní sbírce na všechny její potomky, což představuje přibližně 4400 generací. Vědcům není úplně jasné, jak se udržela křehká rovnováha mezi oběma bakteriemi, bakteriofágovým virem i hostitelskou buňkou.

Sobecké genetické elementy
Vědcům se podařilo prokázat, že fág dokáže v tomto těsném společenství napadat pouze bakterii Megaira, a i přesto je tato bakterie početnější než její rezistentní souputnice Grellia. Rovněž i vztahy mezi skrytěnkou a oběma bakteriemi musí být nastavené vyváženě tak, aby se řasa bakterií nezbavila či aby se v ní bakterie nenamnožily do patologického množství. Vše navíc komplikují značně záhadné sobecké genetické elementy.

"A single #cryptomonad cell harbours a complex community of organelles, bacteria, a phage and selfish elements"@Scripps_Ocean @Emma6eorge

Read more in @CurrentBiology https://t.co/5dntQIvWD2

— Cell Press (@CellPressNews) April 27, 2023

„Je jasné, že stabilita tohoto složitého soužití po tisíce generací odráží jeho velmi vyvážené nastavení. Při značné představivosti tak lze v obou endosymbiotických bakteriích vidět předchůdce budoucích organel, ovšem v horizontu nejméně několika set milionů let,“ říká Julius Lukeš z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR, jehož tým se na objevu podílel.

Studie byla publikována v odborném časopise Current Biology. Publikaci zmínil také časopis New Scientist a prestižní Science v aktuálním vydání v sekci „In Other Journals“.

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR s využitím tiskové zprávy Biologického centra AV ČR
Foto: Jana Plavec, Akademie věd ČR, Biologické centrum AV ČR

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