Evoluce endosymbiózy v akci

Jedna z nejdůležitějších endosymbióz u jednobuněčných se odehrála již v dávné minulosti a díky ní mají téměř všechny eukaryotické organismy na této planetě ve svých buňkách mitochondrie (energetické továrny buňky) a zelené organismy ještě navíc chloroplasty (zachycují světelnou energii a mění ji na energii použitelnou pro buňku). Tím zajímavější je sledovat průběh jiné endosymbiózy jednobuněčných takříkajíc za pochodu!

Nově nalezená endosymbióza se vytvořila relativně nedávno mezi prvokem Novymonas esmeraldas a bakterií Pandoraea novymonadis. Prvok je typickým zástupcem své skupiny bičivek (Kinetoplastida: Trypanosomatida). Jeho tělo se skládá z jediné buňky, která se v tekutině dokáže pohybovat díky mrskání bičíku. Novymonas je blízce příbuzný původcům mnoha závažných lidských chorob, jako je spavá nemoc v Africe, Chagasova choroba v Latinské Americe a v subtropech a tropech rozšířená leishmanióza. Všechny tři nemoci mohou být pro člověka smrtelné, další pak způsobují značné ztráty v chovech domácích zvířat. I náš nově objevený prvok je parazitický, jeho hostitelem je však pouze hmyz a byl objeven při expedici v Ekvádoru.

Obrázek 1: mikroskopický snímek Novymonas esmeraldas; n – jádro, m – mitochondrie, b – endosymbiotická bakterie. Zdroj: dokumentační fotografie z originálního článku.

Endosymbióza není u bičivek nalezena poprvé, u jedné jejich skupiny už byla dříve. Jak vypadá klasická endosymbióza jednobuněčných právě z oné skupiny? V každé buňce prvoka se nachází pouze jediná buňka bakterie. Prvok a bakterie mají synchronizovaný cyklus dělení: když se rozdělí prvok na dvě buňky, rozdělí se i bakterie na dvě buňky, přičemž každá z nich se přesune do jiné ze dvou nově vzniklých dceřiných buněk prvoka.

Bakterie ztratila svou buněčnou stěnu, nic tedy nebrání tomu, aby mezi těly prvoka a bakterie mohlo docházet k intenzivní výměně živin. Prvok má oproti svým příbuzným poněkud zvětšenou mitochondrii – energetickou továrnu buňky – neboť vyrábí energii nejen pro prvoka, ale i pro bakterii. Za odměnu poskytuje bakterie prvoku látky potřebné k růstu a rozmnožování, které si prvok sám neumí (nebo nechce) vyrábět. Pokud prvoku uměle bakterii odebereme, přežije sice, není ale už dál schopný růst a pokračovat v životním cyklu.

Endosymbióza u Novymonas esmeraldas ovšem vypadá jinak. V každé buňce prvoka se nachází jiný počet bakterií – od žádné až po víc než deset. Toto je velmi pravděpodobně zapříčiněno tím, že buněčné dělení bakterie a jejího hostitele není synchronizované. Může se tak snadno stát, že když se prvok rozdělí na dvě buňky, první z nich dostane několik bakterií, zatímco druhá žádnou. Přesto prvoci přítomnost bakterií vítají – nepodařila se dlouhodobě udržet kolonie prvoků, která by žádnou bakterii neobsahovala. Prvoci si v sobě bakterii hromadí (obzvláště za nepříznivých podmínek), i když ještě není přesně jasné k čemu. Navíc jelikož má bakterie stále zachovalou buněčnou stěnu, je tok živin mezi endosymbiotickou bakterií a Novymonas významně omezen.

Všechny tyto výše zmíněné rozdíly značí, že vztah mezi Novymonas a jeho bakterií Pandorea novimonadis nemá ještě stanovená přesná pravidla a došlo k němu relativně nedávno. Máme tak jedinečnou šanci sledovat vznik nové endosymbiózy přímo v akci!

Situace je o to zajímavější, že ani u blízkých příbuzných tryposomatid Novymonas esmeraldas, ani u blízkých příbuzných bakterií Pandoraea novymonadis nebyly zatím nalezeny tendence k symbiotickému způsobu života. Do třetice je pak otázkou, k čemu vlastně parazitický prvok potřebuje symbiotickou bakterii. Všechny živiny, které k životu potřebuje, by si měl být schopný každý správný parazit vzít od svého hostitele. K čemu tedy ještě endosymbiotickou bakterii? Tato otázka je u autorského týmu první v pořadí.

Alexei Y. Kostygov, Eva Dobáková, Anastasiia Grybchuk-Ieremenko, Dalibor Váhala, Dmitri A. Maslov, Jan Votýpka, Julius Lukeš, Vyacheslav Yurchenkoa; Novel Trypanosomatid-Bacterium Association: Evolution of Endosymbiosis in Action; 2016; mBio

Iveta Štolhoferová