Dědičná informace bakterií  
V roce 1995 přečetli genetici kompletní dědičnou informaci (tzv. genom) bakterie Haemophilus influenzae. Byla to první bakterie, jejíž genom jsme poznali „od A po Z“. V následujících letech se genetikům podařilo „přečíst“ genomy zhruba šesti desítek bakterií a další desítky bakteriálních genomů mají vědci „rezečtené“. Co jsme se na základě této „četby“ dozvěděli?

Formy pozemského života můžeme rozdělit do tří velkých skupiny. První dvě jsou tvořeny bakteriemi a archebakteriemi, a protože jejich buňky neobsahují buněčné jádro, označujeme je souhrnně jako prokaryonta. Třetí větev pozemského života tvoří tvorové, jejichž buňky mají skutečné buněčné jádro. Označujeme je jako eukaryonta. Do této velice pestré skupiny patří rostliny i živočichové a figurují v ní vedle sebe tak rozdílné organismy, jako je kvasinka a člověk.  Dědičná informace eukaryontních organismů je obvykle mnohem větší než genomy prokaryontů. Nejmenší dědičná informace eukaryontů obsahuje zhruba 600 tisíc „písmen“ genetického kódu. Největší známé bakteriální genomy obsahují 8 milionů „písmen“ genetického kódu. Velikost genomu eukaryontů se pohybuje v rozmezí od 3 milionů do desítek miliard „písmen“ genetického kódu. Tento na první pohled propastný rozdíl je ale z valné části důsledkem skutečnosti, že bakterie i archebakterie mají svou dědičnou informaci velmi úsporně „sbalenou“, zatímco v genomech eukaryontů najdeme dlouhé úseky, které neobsahují geny. U člověka tvoří geny jen desetinu celé dědičné informace, u rosltin je této podíl ještě menší. Pokud budeme srovnávat genomy eukaryontních a prokaryontních organismů podle počtu genů, pak nebudou rozdíly tak markantní. Někteří prokaryonti mohou počtem genů eukaryoty překonat. Hlízková bakterie Mesorhizobium loti, která rostě na kořenech motýlokvětých rostlina  dokáže poutat vzdušný kyslík do dusíkatých sloučenin využitelných rostlinou, má asi 8 000 genů. Eukaryotní kvasinka Saccharomyces cerevisiae vystačí jen 6 200 geny a dědičná informace cizopasného prvoka Encephalitozoon cuniculi obsahuje jen kolem 2 000 genů.




Hlízkové bakterie zajímají genetiky i ze zcela zištných důvodů – zajišťují rostlinám příjem dusíku z pro ně jinak nedostupných „vzdušných“ zdrojů



Možnost číst kompletní dědičné informace jednotlivých bakterií se nám otevřela s pokrokem techniky. Její princip se opírá o přístup označovaný v odborné literatuře jako „shotgun“, což si lze přeložit jako „splácání dohromady“. Spočívá v tom, že se dědičná informace v podobě molekuly deoxyribonukleové kyseliny (DNA) rozdělí na více kusů, které lze celkem snadno „přečíst“ (tedy stanovit, v jakém pořadí v nich po sobě následují písmena genetického kódu). Takto se „naláme“ několik totožných molekul DNA, takže vznikne větší počet „kusů“ které se částečně překrývají. Právě totožné úseky na koncích jednotlivých čtených fragmentů DNA poskytnou genetikům vodítko pro konečně sestavení přečtených fragmentů do jednoho celku.


Když si představíme celou dědičnou informaci bakterie jako větu „Bakterie a archebakterie postrádají buněčné jádro a označujeme je jako prokaryonta“, pak si můžeme „shotgunové“ čtení dědičné informace představit následovně.
Máme tři sady dědičné informace a ty „nalámeme“ na kusy (místo zlomu je představován znakem /)

Bakterie a arch / ebakterie postrádají buněčné jádr / o a označujeme je jako prokaryonta.

Bakterie a archebakterie pos / trádají buněčné jádro a označu / jeme je jako prokaryonta.

Bakterie a / archebakterie postrádají buněčné jádro a označujeme je jako p / rokaryonta.

Získáme tak pro jedinou dědičnou informaci (větu) hned devět různých fragmentů  (zlomků věty), jež se z části překrývají. Genetici si je mohou seřadit podle velikosti a přečíst je. 
Bakterie a
rokaryonta.
Bakterie a arch
jeme je jako prokaryonta.
Bakterie a archebakterie pos
trádají buněčné jádro a označu
ebakterie postrádají buněčné jádr
o a označujeme je jako prokaryonta.
archebakterie postrádají buněčné jádro a označujeme je jako p


Z nich se dá původní text věty celkem snadno složit.
Skládání přečetných fragmentů dědičné informace je podstatně složitější. Například dědičná informace první „přečtené“ bakterie Haemophilus influenzae čítající 1 830 000 písmen  genetického kódu bylo „rozlámáno“ na 20 000 fragmentů a ty byly „přečteny“. K jejich složení ale muselo být použito velice výkonných počítačů vybavených speciálním softwarem.


Zatímco při čtení a pochopení věty končí náš úkol jejím sestavením, pro pochopení dědičné informace je nutné v práci pokračovat. Musíme nalézt v přečtené dědičné informaci jednotlivé geny. I tady si berou genetici na pomoc výkonné počítače a speciální počítačové programy.


Ty pátrají v dědičné informaci po „značkách“, které určují, kde začíná a kde končí instrukce pro syntézu příslušné bílkoviny. Tyto „značky“ jsou stejně typické jako velké písmeno na začátku věty a tečka na jejím konci. Pokud se mezi značkou pro začátek i konce nachází instrukce pro syntézu „rozumně dlouhé“ bílkoviny (pro řetězec tvořený přinejmenším padesátkou aminokyselin), pak jde se značnou dávkou pravděpodobnosti o skutečný gen.


Zbývá proto už „jen“ určit, jakou bílkovinu tento gen kóduje. Genetici se ani při plnění tohoto úkolu neobejdou bez počítačů. S jejich pomocí „prohrabou“ databáze, v kterých jsou uloženy informace o známých genech, a pátrají po genech s co nejpodobnějším pořadím písmen genetického kódu. V zásadě platí, že čím více se geny shodují, tím podobnější bílkovinu kódují a tím obdobnější úlohu hraje tato bílkovina v buňce.


Každý z výše uvedených kroků může poznamenat chyba. Někdy se může několik chyb kombinovat a výsledkem je pak závěr, který neodpovídá realitě. To je ale riziko podnikání, které genetici podstupují dnes a denně. Všechny analýzy se pro jistotu několikrát opakují a tím se riziko omylu snižuje na únosnou míru. Nároky na čtení genomu tím ale pochopitelně rostou. To se týká jak času, tak i personálního a technického vybavení a v neposlední řadě i financí. Řadu analýz provádějí soukromé firmy a není proto žádným překvapením, že tyto společnosti chtějí, aby se jim vynaložené prostředky vrátily.





Snímek bakterie Haemophilus influenzae pořízený elektronovým mikroskopem




 Infekce bakterií Haemophilus influenzae



Právě požadavek na ekonomickou rentabilitu genetického výzkumu bakterií stojí v pozadí skutečnosti, že plné tři čtvrtiny bakterií, jejichž dědičnou informaci jsme zatím dokázali přečíst, tvoří původci vážných onemocnění. Z celkového druhového bohatství mikrobiální říše tvoří choroboplodné zárodky jen nepatrný zlomek, ale jejich význam pro lidstvo je obrovský. Mnohé z nich postihují desítky milionů lidí na celém světě a mají na svědomí miliony lidských životů. Ani půl století boje s bakteriemi pomocí antibiotik nevyřešilo všechny problémy spojené s nemocemi vyvolanými bakteriemi.



Hledání nových účinných léků je stále náročnější a významného pokroku je v něm možné dosáhnout i na základě vědomostí o genomu choroboplodných zárodků. Zároveň se ale vědci nevzdávají čtení genomu bakterií i z čisté touhy po poznání. Někdy je možné oba přístupy velmi elegantně spojit. Například původce tyfu Rickettsia prowazekii je zajímavá jak z lékařského hlediska tak i hlediska ryze biologického, protože patří do skupiny mikroorganismů, jejichž dávní předci se zřejmě podíleli na vzniku mitochondrií eukaryontních organismů.




Rickettsia prowazekii




Mitochondrie mají podle genetiků stejného předka jako rickettsie



Eukaryontní buňky obsahují mitochondrie – drobné organely, které dokážou složitými biochemickými pochody vyrábět energii. Původně to byly volně žijící bakterie, které napadly cizí buňky, aby je zahubily. Tento mikrobiální zápas skončil remízou. Napadená buňka se sice ubránila, ale nedokázala se útočníků zbavit. Nakonec oba mikrobi uzavřeli příměří a začali žít společně. Útočník našel v nitru buněk své oběti příhodné podmínky a oběť získala v ochočeném útočníkovi cenného pomocníka a dodavatele energie. Přečetní kompletní dědičné informace Rickettsia prowazekii pomohl biologům nahlédnout do utajených zákoutí tohoto tajemného procesu, který se odehrál před miliardami let.



Na některé bakterie padla volba při čtení genomu jednoduše proto, že jejich dědičná informace není příliš velká. Jiné sice neohrožují člověka infekčními chorobami, ale ovlivňují náš život jiným způsobem. Například mezi archebakteriemi jsem zatím nenašli jediného původce lidského onemocnění, ale zato jsou mezi nimi významní producenti metanu. Tento plyn patří k tzv. skleníkovým plynům přispívajícím ke globálnímu oteplení pozemského klimatu. Další zástupce archebakterií patří mezi tzv. extremofily tedy mikroorganismy, které si libují v extrémních životních podmínkách. Některé žijí v silně zasoleném prostředí, jiným neškodí ani vysoké teploty přehřáté solanky, jež proudí ze dna oceánů v hloubkách mnoha kilometrů. Enzymy, které zabezpečují životní pochody v buňkách extremofilů, jsou velice zajímavé pro průmysl. Některé z těchto bakterií lze využít pro likvidaci následků ekologických katastrof, protože dokážou rozkládat škodlivé látky na neškodné zplodiny. U jináých můžeme najít inspiraci pro výrobu enzymů, které plní svou úlohu v podmínkách, v jakých jsou enzymy většiny pozemských organismů nenávratně poškozeny a zničeny. Takové enzymy mohou posloužit k výrobě chemikálií ale mohou působit jako účinná složka pracích prášků snášejících vyvářku.



Hon na extremofily ze skupiny archebakterií v praxi. Do tohoto zařízení „chytají“ kanadští mikrobiologové archebakterie obývající vroucí vody poblíž podmořských minerálních vřídel.



I když jsou genomy prokaryotních organismů ve srovnání s genomy savců nebo rostlin veilce chudé na geny, přesto máme ještě hodně daleko k tomu, abychom znali funkci všech genů. Navíc narážíme při „prosévání“ přečetných genomů na geny, které se nepodají ničemu z toho, co jsme dosud v dědičných infromacích pozemských tvorů našli. Například u archebakterie Aeropyrum pernix našli genetici 1 500 potenciálních genů, které u jiných organismů nemají obdobu. Je to plných 57% všech genů nalezených v genomu této archebakterie. Původce tuberkulózy Mycobacterium  tuberculosis studují biologové a lékaři více než sto let. Patří k jedněm z nejdůkladněji prozkoumaných mikroorganismů. Přesto je 40% z jeho 4 000 genů pro vědu naprostou záhadou, protože jsou to „unikáty“ neznámé z buněk jiných organismů. V každém z doposud přečtených genomů odhalili genetici přinejmenším čtvrtinu genů, nad jejich funkcí jim nezbývá než rozpačitě krčit rameny. Tyto geny můžeme rozdělit na dvě velké skupiny. První z nich jsou „obecné“ geny, které najdeme v genomech mnoha různých organismů. Ty s pravděpodobností hraničí s jistotou kódují bílkoviny, bez nichž se buňky neobejdou. Druhou skupinu tvoří „speciální“ geny, které najdeme jen u úzké skupinky organismů. Ty mohly vzniknout zdvojením a následnou proměnou  některého z „obecných“ genů. Je otázkou, zda tyto změny nejsou spíše „poruchy“, které gen poškodí natolik, že už se podle něj žádná bílkovina nevyrábí.



Mycobacterium tuberculosis – jeden z nejmasovějších vrahů v lidských dějinách



Při čtení genomu prokaryontních organismů vyvstává před genetiky také obraz genetické „burzy“, která odedávna mezi mikroby vládne. Vědci věděli, že si prokaryontní organismy mohou za určitých podmínek předávat části své dědičné informace, ale skutečné dimenze této výměny byly pro mnohé genetiky šokem. Geny mohou putovat i mezi evolučně velmi vzdálenými organismy. Mnoho genů si například vyměňují bakterie s archebakteriemi. Přenos genů mezi příslušníky různých druhů mikroorganismů je v odborné literatuře označován jako „horizontální“. Jeho protějškem je „vertikální“ přenos genů, kterým je míněn přenos genů z rodičovských organismů na potomky, tedy to, co běžně označujeme jako dědění.



Jak se takový „vypůjčený“ gen pozná mezi stovkami a tisíci „vlastních“ genů? Obvykle na ni narazíme při srovnávání genů v genomech většího počtu evolučně vzdálených organismů. „Vlastní“ geny  se vyvíjely samostatně v jednotlivých organismech a postupem času se od sebe stále více lišily. „Půjčené“ geny „přeskočily“ z jednoho organismu na druhý až později. Měly na svou proměnu mnohem méně času a jsou si tedy o poznání podobnější než  „vlastní“ geny.


Vzájemná výměna genů mezi mikroorganismy se uskutečňuje prostřednictvím řady mechanismů. K nejčastějším patří zřejmě přenos pomocí virů. I bakterie jsou napadány viry (tzv. bakteriofágy). Ty mohou „vyrvat“ kus dědičné informace z nitra jednoho hostitele a při dalším ataku na jiný mikroorganismus si vezmou „uloupenou“ DNA s sebou. Svou roli ale mohou sehrát i ryze fyzikální procesy. Například v půdě mohou získat bakterie nové geny díky úderu blesku. Elektrický výboj mnohé bakterie v půdě zahubí, ale některým jen na krátko „otevře“ povrchové membrány a takové „pootevřené“ bakterie mohou z okolí „nasát“ kusy DNA z uhynulých a rozpadlých mikroorganismů. Laboratorní pokusy naznačují, že jediný výboj blesku by mohl v půdě obohatit o cizí DNA asi 10 000 bakterií. Většina z nich zřejmě na takový vpád cizích genů krutě doplatí, ale některé se mohou díky novým genům domoci významnějších výhod.



Bakteriofágy mohou přenášet geny z bakterie na bakterii



Přenosu genů mezi bakteriemi pomáhají i výboje blesků




Tyto výhodné geny se obvykle nacházejí na tzv. plasmidech. Za označením plasmid se skrývají úseky DNA, které se samostatně množí v prokaryontních buňkách. Řetězce jejich DNA mívají propojené konce, takže vytvářejí uzavřený kruh. V jedné bakterii se může (a také nemusí) vyskytovat velký počet kopií daného plasmidů. Tím se liší od „hlavní“ bakteriální DNA tvořící tzv. bakteriální chromozom. Ta se v bakteriální buňce vyskytuje jen v jediné kopii.



Na plasmidech často najdeme geny, bez kterých se buňka sice obejde, ale které jsou výhodné pro přežití. Nejznámějším příkladem takových genů jsou geny zodpovědné za odolnost bakterií vůči antibiotikům. Na rozdíl od bakteriálního chromozomu se při dělení bakterie stěhují palsmidy do vznikajících buněk zcela náhodně. Shodou okolností tak mohou vzniknout buňky, na které se žádný plasmid nedostal a na druhé straně buňky, které si přisvojily všechny plasmidy mateřské bakterie. Za optimálních podmínek mohou žít bakterie i bez plasmidů. Když ale „přijde bída“ (například, když se v životním prostředí bakterie objeví antibiotikum), pak je vlastnictví plasmidu jasnou výhodou, která rozhoduje o přežití.



Dědičná informace plasmidů je uzpůsobena k „cestování“ mezi organismy. Ale i geny na bakteriálním chromozomu jsou uzpůsobeny k „horizontálnímu“ přenosu, tedy k výměně mezi různými mikroorganismy. Při čtení bakteriálních genomů zjistili genetici nápadné shlukování genů, které se podílejí na plnění jedné a téže úlohy. Zdá se, že je to jakási pojistka pro to, aby se při případném pohybu „vylomeného“ kusu bakteriální DNA přenesla celá funkční skupina genů a ne jen její jednotlivé „součástky“ neschopné splnit potřebnou úlohu.



Genetiky překvapila nejen  frekvence, s jakou nastává horizontální přenos genů, ale i to, jak velké kusy DNA a jak početné skupiny genů mohou putovat z jednoho organismu do druhého. Tento proces má dramatické důsledky. Ukazuje se, že proměnu neškodných bakterií na původce vážných onemocnění může vyvolat právě takový přenos skupiny genů. O této schopnosti bakterií vědí biologové dlouho. V roce 1944 provedla trojice amerických vědců Avery, MacLeod a McCyrty dnes již klasický pokus, v kterém kus DNA z choroboplodného kmene bakterie Streptococus pneumoniae proměnil neškodný kmen bakterie na nebezpečného původce zápalu plic.  Byl to jeden z prvních hmatatelných důkazů, že molekula DNA je skutečně nositelem dědičné informace. Do té doby mnozí badatelé podezírali z role nosičů dědičnosti například bílkoviny a další velké molekuly. Nejnovější genetické výzkumy potvrdily, že proměna neškodných streptokoků na původce zápalu plic je skutečně vyvolána přenosem vybrané skupiny genů.



Bakterie mohou získávat pro člověka nebezpečné vlastnosti řadou různých cest. Někdy je „vypůjčené“ geny vybaví schopností vytvářet kolem svých buněk silný obal z glycidů. Ten chrání bakterii před útokem bílých krvinek a dalších komponent imunitní obrany. Takový „obrněný“ mikrob je mnohem nebezpečnější než bakterie, která ochranný „kabát“ postrádá. Dalším významnou položkou v arzenálu bakterií jsou systémy, které jim umožní vpravit do nitra napadené buňky bílkoviny, které učiní oběť zranitelnější a povolnější. Příkladem takového útočného systému je „sekreční systém typu III“. Tahle „injekce“ na bílkoviny se nachází ve výbavě velkého počtu velmi různorodých bakterií. Na jedné straně ji najdeme v „kapesním“ genomu bakterie Chlamydia trachomatis, na druhé straně je součástí i „obřího“ genomu hlízkové bakterie Mesorhizobium loti. Je téměř jisté, že geny pro „sekreční systém typu III“ patří v genetické burze horizontálního přenosu k „horkému zboží“, které si předávají mikroorganismy ve velkém.




Chlamydia trachomatis



Na bakteriálním chromozomu choroboplodných zárodků najdeme úseky DNA pro které se někdy používá označení „ostrůvky patogenity“. Jsou v nich geny, které dodávají bakteriím jejich nebezpečné vlastnosti. Například po přečtení kompletní dědičné informace bakterie Helicobacter pylori, která je původcem žaludečních vředů, se podařilo genetikům odhalit „ostrůvek“ tvořený asi 40 000 písmeny genetického kódu, který obsahuje geny zodpovědné za schopnost bakterie napadat buňky lidské žaludeční sliznice. Pokud Helicobacter pylori tento „ostrůvek patogenity“ postrádá, je pro lidský žaludek neškodný.





Původce žaludečních vředů Helicobacter pylori



O tom, že i „ostrůvky patogenity“ jsou uzpůsobeny pro cestování „horizontálním přenosem“ svědčí výsledky čtení genomu bakterií Escherichia coli a salmonel. Shluky genů, které umožní bakterii napadat lidské buňky, mají na konci i na začátku genetické sekvence, které usnadňují „vystřižení“ celého „ostrůvku patogenity“ a jeho následné nakopírování a vlepení do DNA cizí bakterie. Jedním z mezikroků pro předávání „ostrůvku patogenity“ cizím bakteriím je umístění příslušného shluku genů z bakteriálního chromozomu na plasmid. S plasmidem už můžou nebezpečné geny migrovat celkem bez omezení.



Také bakterie Pseudomonas aeruginosa, která patří k nebezpečným původcům zápalů plic, vděčí za své schopnosti napadat lidské buňky „ostrůvku patogenity“ tvořenému 14 geny zapsanými do DNA šestnácti tisíci  písmen genetického kódu. Tyto bakterie se rozdělují na typ a a typ b podle přítomnosti cukrů na bílkovině, jež je základem bičíků pohánějících bakterii. Typ a vlastní „ostrůvek patogenity“, který je vložen mezi geny zodpovědné za výrobu bičíků a zajišťuje, že se na bičících objeví typické cukry. Typ b má na stejném místě „vsazen“ mnohem menší úsek DNA tvořený jen trojící genů plnící neznámé funkce. Oba typy bakterie Pseudomonas aeruginosa si mohou vzájemně tyto kritické úseky DNA vyměňovat. Neškodný typ b se tak může proměnit na nebezpečný typ, který ohrožuje například plíce  pacientů postižených dědičnou chorobou zvanou cystická fibróza.




Pseudomonas aeruginosa



Také Bacillus anthracis, který vyvolává v poslední době tak populární sněť slezinnou čili antrax, vděčí za své zabijácké schopnosti „ostrůvku patogenity“ tvořený 44 500 písmeny genetického kódu a umístěný na jednom ze dvou typů velkých plasmidů typických pro tuto bakterii. Kromě jiných genů se v „ostrůvku patogenity“ nachází i geny pro toxin, který je schopen usmrtit nakaženého člověka. Také tento ostrůvek nese neklamné známky toho, že si jej bakterie mohou vzájemně předávat. O tom, že si Bacillus anthracis „ostrůvek patogenity“ zřejmě někde „půjčil“ svědčí velká podobnost jeho hlavního bakteriálního chromozomu s dědičnou informací bacilů druhů Bacillus cereus a Bacillus thuringiensis. Ani jeden z těchto příbuzných původce antraxu nemá plasmid.



Bacillus anthracis je v poslední době stále populárnější díky hrozbám bioteroristů. Skutečně chytrý bioterorista by si ale pro svůj útok vybral méně „profláknutý“ mikroorganismus, proti kterému není dostupná léčba a s jehož diagnostikou mají laboratoře problémy.



 


Zdaleka ne všechny  genetické „ostrůvky“ (tedy skupiny genů podílejících se na plnění společných funkcí) ale mají za úkol dodat bakteriím schopnost napadat cizí organismy. Některé ostrůvky předurčují bakterie pro roli prospěšných symbiontů a mohli bychom je proto označit jako „symbiotické ostrůvky“. Jedním takovým ostrůvkem je vybavena již zmíněná hlízková bakterie Mesorhizobium loti. Ten je tvořen 600 tisíci písmeny genetického kódu a obsahuje 580 genů. Mezi nimi patří klíčová pozice několika desítkám genů nezbytných pro ustanovení soužití hlízkové bakterie s kořeny motýlokvětých rostlin a pro využití vzdušného dusíku a jeho zabudování do dusíkatých sloučenin. Na poměry vládnoucí mezi bakteriemi je to impozantní počet genů. Je srovnatelný s celým genomem některých mikroorganismů. Kompletní dědičná informace bakterie Mycoplasma genitalium je tvořena 470 geny a bakterie rodu Buchnera, které žijí v těle mšic, vystačí s 588 geny. Také „symbiotický ostrůvek“ nese četné znaky, které výmluvně svědčí o tom, že je „výpůjčkou“ z dědičné informace nějaké jiné bakterie. Ve prospěch tohoto názoru vypovídá i skutečnost, že dědičná informace hlízkové bakterie Sinorhizobium meliloti obsahuje velmi podobný „symbiotický ostrůvek“. Tato bakterie jej ale nemá zabudován do dědičné informace svého poměrně malého chromozomu, ale nese jej v nezvykle velkém plazmidu.




Mycoplasma genitalium – organismus s nejmenším genomem



Mnohé bakterie se dokonale přizpůsobily životu uvnitř buněk hostitelského organismu. Ocitly se tak v říši hojnosti, protože mají k dispozici prakticky neomezený sortiment živin a dalších potřebných látek z napadené buňky. Nejsou tedy odkázány na jejich výrobu a geny, které by k tomu potřebovaly, mohou lehce postrádat. Mnohé z těchto cizopasníků přistihli genetici přímo při „ztrácení“ původně nezbytných genů. Například v genomu původce tyfu Rickettsia prowazekii se plná čtvrtina nachází v různém stádiu rozkladu. U většiny bakterií nepřesahuje tento genový šrot obvykle jednu desetinu celkového počtu genů. Ještě větším rozkladem dědičné infromace prochází původce malomocenství Mycobacterium laprae. Plná půlka jeho genů (zhruba 1 100) už nedokáže zajistit výrobu bílkovin. Proces „ztrácení genů“ je v případě původce malomocenství jasně patrný i díky tomu, že máme k dispozici informace o kompletním genomu blízce příbuzného původce tuberkulózy Mycobacterium tuberculosis. Protějšky většiny z jedenácti stovek rozpadlých genů Mycobacteium leprae jsou v genomu původce tuberkulózy zachovány. Ukazuje se, že nefunkční geny Mycobacterium leprae byly vyřazeny ze hry celkem jen malou proměnou. Před několika málo miliony lety (a to je z hlediska existence pozemského života jen okamžik) bychom našli na Zemi společného předka původců obou onemocnění. Z něj se pak obě mykobakteria vyvinula. Zatím se ale můžeme jen dohadovat, co vyvolalo u původce lepry rozpad poloviny jeho genů a proč ke stejnému rozpadu nedošlo i u původce tuberkulózy. Úvahy o tom, že v nejbližších tisíciletích čeká obdobný  „rozpad genů“ i Mycobacterium leprae, se neopírají o nic jiného než o čiré spekulace.





Mycobacterium leprae to má evolučně spočítané. Tato bakterie už poztrácela spoustu genů, ale stále ještě nás dokáže potrápit.



 





Takhle vypadají vředy, které má na svědomí původce lepry Mycobacterium leprae


Cestičky, jakými se bakterie přizpůsobily životu v buňkách hostitelských organismů, jsou velmi různorodé. Některé okrádají svou oběť o velmi důležité stavební látky. Například původce pohlavního onemocnění Mycoplasma genitalium a Borrelia  burgdorferi vyvolávající tzv. lymskou boreliózu nejsou schopny vyrábět základní aminokyseliny potřebné pro syntézu bílkovin. Berou si proto aminokyseliny „plnými hrstmi“ z hostitelské buňky.



Jiní parazité, například ricktettsie a chlamydie, kradou svému hostiteli energii v podobě energeticky bohatých molekul adenosin trifosfátu (ATP). Obě skupiny bakterií si jsou vývojově velmi vzdáleny a přesto „kradou“ molekuly ATP úplně stejným způsobem. Využívají k tomu enzym zvaný ATP translokáza, který je skutečně unikátním dílem přírody. Žádné jiné bakterie si tento enzym vyrobit neumějí. Teprve nedávno se podařilo odhalit podobný enzym v chloroplastech rostlin a vzápětí byl odhalen i v buňkách parazitického mikroorganismu  Encephalitozoon cuniculi, který sám patří mezi eukaryontní organismy. Tím se zamotaná situace kolem jedinečného nástroje pro „loupež energie“ ještě více zauzlila. Zatím nikdo nenabídl pro záhadný původ ATP translokázy uspokojivé vysvětlení.



Podobné „zeštíhlení“ dědičné informace ale můžeme pozorovat i u některých symbiotických bakterií. Za příklad nám může posloužit již zmíněná  bakterie rodu Buchnera, která žije uvnitř buněk v těle mšic. Dědičná informace buchner čítá asi 600 tisíc písmen genetického kódu a necelých šest stovek genů. Jejich genom lze s jistou nadsázkou považovat za jakýsi „doplněk“ genomu mšic. Buchnery vyrábějí látky, které si mšice sama vyrobit neumí. Bakterie k tomu ale využívají jako suroviny látek, které čerpají z buněk svého hostitele a které si samy opatřit neumějí. Výsledkem tohoto propletence je skutečnost, že mšice bez buchner nepřežijí a stejně tak se neobejdou buchnery bez mšic. Můžeme opět jen spekulovat, jestli se k podobnému typu soužití neschyluje i mezi člověkem a původcem lepry.



V přírodě žijí nepřeberné počty nejrůznějších mikrobů. Představa, že e nám u všech podaří přečíst dědičnou informaci je nereálná, ba přímo naivní. Přesto můžeme právě „četbou“ genomů bakterií a dalších prokaryontních organismů načerpat jedinečné informace o povaze, původu a snad i budoucnosti pozemského života. Můžeme se dokonce dobrat i nesmírně významných praktických výsledků. Bude proto velmi důležité, abychom si ze širokého spektra mikroorganismů vybrali ke čtení dědičné informace ty pravé.

Datum: 16.03.2003
Tisk článku

Ze života bakterií - Schindler Jiří
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 80 Kč
cena: 75 Kč
Ze života bakterií
Schindler Jiří

Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace