Prvok svědkem evolučních dramat
Mitochondrie, životně důležité „buněčné elektrárny“, byly kdysi samostatnými organizmy příbuznými dnešním alfa-proteobakteriím. Jejich vstup do buňky našich dávných předků, tehdy těžko rozlišitelných od bakterií, je mnohými považován za největší biologickou revoluci od samotného vzniku života až do dneška.
- Reclinomonas americana ve své organické schránce (© Alastair Simpson, upraveno)
Dříve než se mohli stát výkonným zdrojem energie a umožnit tak onu bezbřehou rozmanitost živých forem, které vidíme všude kolem sebe, museli se předkové mitochondrií radikálně přizpůsobit svému novému prostředí, vnitřku cizí buňky. Zřejmě nejvýraznější adaptací na nový životní styl byla velká redukce genomu. Stovky nepotřebných genů byly ztraceny definitivně a další stovky se přesunuly do jádra hostitelské buňky. V žádné ze současných známých mitochondrií nenajdeme více než 98 genů, přičemž některé zjednodušené mitochondrie ztratily genom úplně.
Proteiny kódované geny, které se přesunuly do jádra, jsou ale v mitochondrii stále zapotřebí a musejí do ní být aktivně dopravovány. Živočichové, rostliny, i drtivá většina ostatních organizmů s mitochondriemi, používá na import proteinů sofistikovaný mechanizmus sestávající ze dvou proteinových komplexů, každého na jedné z membrán obalujících mitochondrii. Komplex TIM na vnitřní membráně transportuje proteiny nejen do prostoru uvnitř mitochondrie, ale zapojuje je i do struktury samotné membrány, právě tam pak probíhají nejdůležitější děje energetického metabolizmu. Bakterie, předkové mitochondrií, také potřebují importovat některé proteiny do své membrány. Používají k tomu ale odlišný mechanizmus, zcela nepříbuzný tomu našemu.
Velkou otázkou dosud zůstává, jak mohlo dojít k přechodu od původního k novému mechanizmu, aniž by to zásadně oslabilo životaschopnost mitochondrie a jejího hostitele. Na poodhalení této záhady se v rámci mezinárodního týmu biologů podílel i doktor Doležal z naší Katedry parazitologie. Za předmět bádání si vědci zvolili drobného prvoka Reclinomonas americana s překvapivě kompletní sadou mitochondriálních genů. Zajímavý pro ně byl zejména proto, že kromě moderního komplexu TIM používá i onen původní bakteriální mechanizmus importu proteinů do membrány. Podařilo se jim experimentálně ukázat, že proteiny kódované zde mitochondriálním genomem (ale u ostatních organizmů již přenesené do jádra) a zapojované do membrány tradičním bakteriálním způsobem, mohou být bez dalších úprav stejně dobře importovány z vnějšku pomocí TIMu. Zdá se tedy, že neexistuje žádný silný tlak proti jejich přesouvání z mitochondrie do jádra. To se může dít za dlouhodobé přítomnosti obou importních mechanizmů a přechod od jednoho k druhému může být pozvolný a bezpečný.
Na tomto příkladu vidíme, jak studium i zdánlivě bezvýznamných tvorů může přispět k našemu pochopení zásadních zvratů ve vývoji života na Zemi. Reclinomonas, nenápadný sladkovodní bičíkovec bez lékařského či hospodářského významu, se v budoucnu dost možná stane důležitým modelovým organizmem pro studium evoluce buňky.
Lukáš Novák
Akce dokumentů