Úspěšná publikace v prestižním vědeckém časopise Nature i díky našemu biologovi - analýza genomů poodhaluje tajemství fascinujícího fenoménu sekundární endosymbiózy

Již na základní škole se děti učí, že rostliny a řasy mají v buňkách útvary, kterým se říká chloroplasty, v nichž se nalézá zelený chlorofyl a probíhá tam fotosyntéza. U maturity z biologie by si pak student měl vzpomenout na pozoruhodný poznatek, že dávná eukaryotická buňka pohltila fotosyntetizující bakterii (sinici), která zprvu fungovala jako endosymbiont, aby se nakonec přeměnila v chloroplast (jinak též zvaný plastid). Tento příběh je nakonec možné podrobněji rozvést na přednáškách z evoluční biologie na vysoké škole, kde se studenti navíc dozvědí ohromující tajemství, že totiž evoluce plastidu neskončila u té jedné endosymbiózy na počátku (říkáme jí primární), ale pokračovala dalšími endosymbiózami, kdy jako endosymbiont vystupovala celá eukaryotická řasa s plastidem usazená v jiné eukaryotické buňce. Těmto endosymbiózám říkáme sekundární (viz obrázek) a jejich význam pro „běžného smrtelníka“ nelze podcenit, jelikož stály na počátku evoluce takových skupin, jako jsou ekologicky neobyčejně důležité rozsivky nebo smrtelně nebezpeční výtrusovci (např. původce malárie).

U většiny skupin, jejichž předek ve své buňce nesl sekundárního endosymbionta, došlo k postupné redukci endosymbionta až na samotný plastid, takže „hybridní“ původ těchto organismů není na první pohled příliš patrný. Existují ale přinejmenším dvě skupiny organismů, které reprezentují jakýsi mezistav tohoto evolučního děje. Jedna tato skupina má poetický český název skrytěnky (Cryptophyta) a zahrnuje několik set sladkovodních nebo mořských nenápadných bičíkovců s plastidy široké barevné škály (od hnědožluté po modrozelenou; viz http://tolweb.org/Cryptomonads/2396). Druhá skupina se vědecky nazývá Chlorarachniophyta, což se do češtiny nápaditě překládá jako „chlorarachniofyti“. V řečtině to znamená něco jako „zelené pavučinovité rostliny“, protože první známý zástupce má buňky v podobě zelené amébovité sítě, ovšem morfologie chlorarachniofytů je oproti skrytěnkám dosti rozmanitá a vedle améb zahrnuje i zelené kuličky nebo bičíkovce, přestože je dosud známo méně než 20 druhů, všechny z mořského prostředí (viz http://tolweb.org/Chlorarachniophytes/2391). Skrytěnky i chlorarachniofyti jsou pozoruhodní tím, že z jejich sekundárního endosymbionta zbylo o něco více než jen pouhý plastid. Zejména se zachovalo jeho jádro, byť extrémně redukované (s asi stokrát menším genomem, než měl volně žijící předek endosymbionta); tomuto redukovanému jádru říkáme nukleomorf.

Skrytěnky i chlorarachniofyti a jejich plastidy i nukleomorfy jsou předmětem výzkumu již po mnoho let, ale jeden z hlavních kamenů do mozaiky poznání jejich biologie evoluce donedávna chyběl – sekvence jejich jaderných genomů, bez nichž není možné zrekonstruovat, jakým způsobem došlo k integraci endosymbionta s hostitelskou buňkou. Tento klíčový problém se podařilo vyřešit mezinárodnímu konsorciu biologů vedenému Johnem M. Archoibaldem s Dalhousie University v kanadském Halifaxu, jehož součástí byl i pracovník Katedry biologie a ekologie Přírodovědecké fakulty Ostravské Univerzity v Ostravě, Marek Eliáš. Tento velký mezinárodní tým získal a detailně analyzoval genomové sekvence skrytěnky Guillardia theta a chlorarachniofyta Bigelowiella natans. Výsledkem je studie publikovaná 6. prosince 2012 v prestižním vědeckém časopise Nature. Jejím hlavním závěrem je, že u obou skupin organismů došlo nezávisle na sobě k podobné míře propojení hostitelské buňky a endosymbionta, kdy geny z obou partnerů ovlivňují fungování struktur odvozených od hostitelské buňky (např. cytoplasmu a mitochondrii) i struktur odvozených od endosymbionta (např. nukleomorf a plastid). Studie tak zásadním způsobem prohlubuje naše chápání fascinujícího fenoménu sekundární endosymbiózy a navíc poskytuje základ pro bližší poznání celkové biologie skrytěnek a chlorarachniofytů.