COOLna

Tým vedený Juliem Lukešem z Parazitologického ústavu Akademie věd v Českých Budějovicích se věnuje výzkumu prvoků parazitujících na hmyzu soustavně řadu let. Jedinečný úlovek se jim podařil v Podtroseckém údolí v Českém ráji. Z útrob běžné ploštice Eysarcoris aeneus izolovali dosud neznámého bičíkovce blízce příbuzného trypanozomám.

Tito prvoci vyvolávají nebezpečné onemocnění člověka a skotu označované jako spavá nemoc nebo nagana. Bičíkovec z české ploštice pojmenovaný Blastocritidia nonstop člověka neohrožuje. Naopak, jeho zvláštní dědičná informace může vědcům otevřít nové cesty k léčbě vážných dědičných onemocnění. Tým Julia Lukeše ji popsal ve studii publikované předním vědeckým časopisem Nature.

Dědičná informace drtivé většiny pozemských organismů funguje na shodných principech. Základem je dvojitá šroubovice DNA, kterou si můžeme představit jako projektovou dokumentaci pro budování daného organismu. Podle některých úseků DNA známých jako geny vytvoří buňka jednoduché šroubovice kyseliny ribonukleové (RNA). Řetězce DNA i RNA jsou složeny ze čtveřice písmen genetického kódu.

Jednoduché šroubovice RNA slouží buňce jako výrobní výkresy pro tvorbu bílkovin, jejichž molekuly vznikají řetězením dvaceti aminokyselin. Do vznikajícího řetězce bílkoviny jsou jednotlivé aminokyseliny přinášeny molekulami tzv. transferové RNA.

Když má buňka vyrobit podle výkresu RNA bílkovinný řetězec, musí vědět, kde má začít a kde skončit. Povel „Start!“, tedy něco jako velké písmeno na začátku věty, má v RNA nejčastěji podobu trojice písmen genetického kódu uracyl, adenin a guanin, zkráceně UAG.

Úlohu signálu „Stop!“ k ukončení řetězce bílkoviny, tedy jakousi tečku na konci věty, plní nejčastěji trojice písmen genetického kódu UAA, UAG nebo UGA.

Výjimky z těchto pravidel jsou vzácné, ale najdeme je i v lidském organismu. Například tečku UGA nečtou naše buňky za určitých okolností jako povel „Stop!“, ale berou ji jako výzvu k zařazení jednadvacáté aminokyseliny selenocysteinu. Obsahuje atom selenu a je klíčová pro správnou funkci řady životně důležitých bílkovin.

Prvok B. nonstop šokoval vědce tím, že má ve svých jednoduchých šroubovicích RNA rozesety tisíce teček. Kdyby se držel zavedených pravidel, nemohl by podle svých výkresů RNA vyrobit prakticky žádné bílkoviny. Prvok ale povely k ukončení syntézy bílkoviny okázale ignoruje. Tečky typu UAA a UAG používá jako instrukci pro zařazení aminokyseliny glutamátu. Tečku UGA chápe jako povel pro zařazení aminokyseliny tryptofanu. Syntézu bílkovin v buňkách B. nonstop tedy nic neruší. Někdy ji ale potřebuje opravdu zastavit.

Musí tedy mít na jednoduché šroubovici RNA tečku, kterou dokáže odhalit. Prvok to umí. Tečku typu UGA čte jako instrukci pro zařazení aminokyseliny tryptofanu, pouze když se tato trojice písmen genetického kódu vyskytne uprostřed RNA výkresu pro tvorbu bílkoviny. Pokud se tečka UGA objeví na konci, pak ji B. nonstop přečte podobně jako všechny pozemské organismy, tedy jako povel „Stop!“.

Prvok zvládá dvojí výklad tečky UGA díky jedinečně upravené transferové RNA. Ta si na jedné straně udržela svou původní úlohu zařadit aminokyselinu tryptofan na místo, kde jednoduchá šroubovice RNA obsahuje písmena UGG. Na druhé straně však nově získala schopnost provést stejný úkon také na povel tečky UGA. Zvládá to díky tomu, že je její molekula nezvykle zkrácená. Schopnost ignorovat tečku UGA má B. nonstop pojištěnou i dalšími změnami ve své buňce.

Jednou ze vzrušujících otázek, kterou objev týmu Julia Lukeše nastolil, je účel krajně neobvyklého fungování dědičné informace B. nonstop. Vědci se domnívají, že se tak prvok brání virovým infekcím.

Viry mohou nakazit svého hostitele jen díky tomu, že zneužijí mašinerii jeho dědičné informace ve svůj prospěch. V prvokovi B. nonstop ale najdou dědičnou informaci, která není kompatibilní s jejich vlastní. Tato strategie může být v přírodě poměrně rozšířená, protože vědci objevili stejný systém čtení genetických teček také u prvoka Condylostoma, který má k trypanosomám evolučně daleko.

Objev velmi zvláštní transferové RNA, která nevnímá trojici písmen UGA pokaždé jako tečku, může napomoci při léčbě dědičných onemocnění. Dlouhá řada těchto chorob vzniká tak, že se do instrukce pro syntézu důležité bílkoviny omylem vloudí tečka. Syntéza je pak předčasně ukončená a zkrácená bílkovina neplní v organismu člověka svou roli.

Tento typ dědičných chorob je hojně rozšířený a patří k nim třeba cystická fibróza, hemofilie typů A a B, beta-talasemie nebo Duchenneova svalová dystrofie. Pokud by lékaři zajistili, aby buňky pacienta díky upravené transferové RNA ignorovaly špatnou tečku uprostřed instrukce pro syntézu bílkoviny a plně ji respektovaly na konci instrukce, vyráběl by si pacient nezkrácenou bílkovinu. Příznaky jeho onemocnění by pak ustoupily.

O tom, že by zvláštní transferové RNA prvoka mohly tyto úlohy v lidském těle plnit, svědčí výsledky experimentů, v kterých tým Julia Lukeše prokázal jejich spolehlivou funkci v kvasinkách. Buňky kvasinky se totiž podobají lidským neskonale víc než buňkám trypanosom.