Kvasinková kolonie - sladěný mnohobuněčný orchestr

Kvasinky, podobně jako řada dalších mikroorganizmů, vytvářejí v přírodě mnohobuněčná společenství. Jako příklad mohou sloužit biofilmy a kolonie, vznikající zpravidla na pevných površích, které umožňují přežívání mikrobiálních populací v často nehostinných podmínkách vnějšího prostředí. Přírodní kmeny kvasinky Saccharomyces cerevisiae, na rozdíl od kmenů pěstovaných delší dobu ve stabilních laboratorních podmínkách, tvoří tzv. vrásčité kolonie, jejichž poměrně složitá struktura skrývá celou řadu zajímavých obranných vlastností. Využití dvoufotonové konfokální mikroskopie pomohlo nahlédnout hlouběji do struktury a vývoje kolonií a umožnilo studium mechanizmů zodpovědných za jejich ochranu.

Během několika dnů růstu divokých kmenů S. cerevisiae na pevném médiu dochází ke vzniku kolonií s komplexní trojrozměrnou strukturou. Podlouhlé filamentární buňky na spodku kolonie upevňují celý útvar k substrátu, zatímco oválné buňky na povrchu kolonie tvoří zvlněné valy dávající ve výsledku koloniím typický vrásčitý vzhled. Stabilitu celému útvaru pravděpodobně poskytují vláknité mezibuněčné spoje, kterými jsou buňky v celé kolonii propojeny a na jejichž tvorbě se podílí povrchový adhesivní protein Flo11p. Buňky tvořící kolonii jsou jak morfologicky, tak funkčně odlišné a jednotlivé buněčné subpopulace přispívají k ochraně kolonie. Vnější vrstva buněk (včetně buněk na bázi kolonie) slouží k ochraně proti nežádoucím chemickým látkám. Tyto buňky totiž mají v membráně aktivní transportéry (Pdr5p a Snq2p z rodiny transportérů tzv. mnohočetné lékové resistence), které jsou schopny tyto látky odstraňovat (Obr.1). Vnitřní oblast kolonie je zase chráněna selektivně propustnou extracelulární hmotou (Obr. 2), která zabraňuje průchodu některých látek a poskytuje tak ochranu dělícím se buňkám a umožňuje vznik nových buněčných generací.

Výsledky studie ukazují, že na kvasinkovou kolonii lze skutečně pohlížet jako na primitivní mnohobuněčný organizmus. Specializované buněčné populace se vytvářejí v určité fázi vývoje kolonie, v přesně definovaných místech a díky svým specifickým funkcím společně umožňují vznik složitého a sofistikovaně chráněného útvaru.

Řada mechanizmů, které se při vývoji kolonie uplatňují, je důležitá i pro vývoj biofilmů. Kolonie kvasinky S. cerevisiae se tak může stát vhodným modelem pro studium dějů zodpovědných za značnou odolnost biofilmů patogenních kvasinek vůči imunitnímu systému hostitele a antimikrobiálním látkám.

O celé problematice se můžete dočíst více v článku Váchová L., Šťovíček V., Hlaváček O., Chernyavskiy O., Štěpánek L., Kubínová L., Palková Z.(2011): Flo11p, drug efflux pumps, and the extracellular matrix cooperate to form biofilm yeast colonies. J Cell Biol, 194(5): 679-687. Abstrakt článku je dostupný na adrese http://jcb.rupress.org/content/194/5/679.abstract.