Publikace našich odborníků: Lidský parazit boří učebnicové pravdy

V srpnu 2014 vyšel ve významném vědeckém časopise Genome Biology and Evolution článek popisující překvapivé aspekty fungování genů lidských parazitů rodu Blastocystis (http://gbe.oxfordjournals.org/content/6/8/1956.full). Hlavními autory článku jsou pracovníci katedry biologie a ekologie Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity, Ing. Vladimír Klimeš a prof. Mgr. Marek Eliáš, Ph.D., kteří studii zpracovali v rámci řešení projektu GAČR „Genomický přístup k odhalování biologie a evoluce eustigmatofytních řas“ vedeného pod hlavičkou Environmentálního centra PřF OU.

Blastocystis je geneticky velice rozrůzněným rodem jednobuněčných eukaryotických organismů (protistů) žijících v trávicím traktu obratlovců včetně člověka. I když přítomnost organismů rodu Blastocystis nemá u lidí obvykle žádné příznaky, v některých případech se projevuje průjmovými onemocněními, pro něž neexistuje účinná léčba. Jedná se o mimořádně běžné parazity, poslední odhady hovoří o infekci u jedné až dvou miliard lidí. Buňky Blastocystis vykazují řadu zvláštností, mezi jinými přítomnost modifikované mitochondrie, která na rozdíl od učebnicových mitochondrií nevyužívá pro realizaci energetického metabolismu kyslík.

Významným milníkem ve studiu parazitů rodu Blastocystis se stal nedávný projekt sekvenování genomu jednoho izolátu (subtyp 7), jenž byl realizován rozsáhlým týmem francouzských vědců vedeným pracovníky národního genomového centra Genoscope. Samotné sekvenování genomu a jeho prvotní analýza, publikovaná v roce 2011 (viz http://genomebiology.com/content/12/3/R29), jsou ovšem jen počátkem nové éry výzkumu biologie organismů rodu Blastocystis (což platí pro genomové projekty obecně). A skutečně, další překvapivé zjištění o „životní historii“ Blastocystis na sebe nenechalo dlouho čekat a na vrub si jej připisují právě naši vědci. Jejich bioinformatická analýza sekvencí dříve publikovaných francouzským týmem ukázala na existenci neobvyklého fenoménu, jež se týká významné části genů Blastocystis a který poněkud překvapivě dosud unikal pozornosti.

Pod pojmem gen obvykle rozumíme úsek molekuly DNA, který definuje podobu molekuly konkrétního proteinu. Děje se to tak, že sekvence nukleotidů v molekule DNA slouží jako templát pro syntézu ekvivalentní sekvence nukleotidů v molekule RNA (tzv. „ messenger RNA“, mRNA), jež pak podle pravidel genetického kódu řídí specializovanou buněčnou mašinerii (tzv. ribosom) syntetizující molekulu proteinu (lineární řetězec aminokyselin). Součástí genetického kódu jsou i „značky“ indikující konec syntézy proteinu. Tyto značky (tzv. terminační kodony) jsou představovány jistou trojicí nukleotidů poblíž konce mRNA molekuly, a to UAA, UAG nebo UGA (U = uracil, A = adenin, G = guanin). Podle učebnicového schématu jsou tyto značky definovány přímo sekvencí nukleotidů v genu a jsou tedy rovnou přítomny v molekule mRNA, která se přepisuje podle sekvence genu. Analýzy V. Klimeše a M. Eliáše však překvapivě ukázaly, že asi 15% všech genů v genomu Blastocystis úseky odpovídající terminačním kodonům postrádá, což je pro eukaryotické jaderné genomy bezprecedentní zjištění.

Funkční mRNA molekula ovšem terminační kodon nezbytně potřebuje. Ukázalo se, že oněch 15% genů řeší tento problém tak, že terminační kodony vznikají dodatečně procesem označovaným jako polyadenylace. Jedná se o přidání série adeninových nukleotidů na konec molekuly mRNA, která pak končí tzv. poly(A) ocasem (sekvencí AAAAAAAAA…). Tento proces je ve skutečnosti zcela univerzální a vyskytuje se u všech studovaných eukaryotických organismů, jeho primární role je ovšem jiná – chrání mRNA molekuly před degradací. V případě některých mRNA molekul u Blastocystis ovšem dodatečné přidání A nukleotidů slouží zároveň pro „zkompletování“ terminačního kodon. Představte si například, že molekula mRNA původně končí dinukleotidem UG. Polyadenyalce pak změní podobu konce molekuly na UGAAAAAA…, kdy trinukleotid UGA hraje roli funkčního terminačního kodonu.

Aby zjistili, zda se tento fenomén vyskytuje i u dalších evolučních linií rodu Blastocystis, spojili V. Klimeš a M. Eliáš své síly s Eleni Gentekaki a Andrewem Rogerem, spolupracovníky z Dalhousie University v kanadském Halifaxu, kteří pracují na sekvenci genomu izolátu reprezentujícího geneticky velice odlišný subtyp 1. Vnik terminačních kodonů díky polyadenylaci některých mRNA molekul se skutečně podařilo potvrdit i v tomto izolátu, což naznačuje, že se jedná o fenomén obecně se vyskytující v celém rodu Blastocystis.

Přestože zdánlivě nic nebrání tomu, aby obdobný mechanismus fungoval u eukaryotických jaderných genů běžně, ve skutečnosti je asi velice vzácný. Dosud byl popsán jen u několika málo savčích genů, kde je ovšem využíván jen pro syntézu alternativních terminačních kodonů vedle těch definovaných přímo sekvencí genu. Blastocystis tak přináší další ukázku toho, jak neuvěřitelně rozmanitý a od učebnicových schémat vzdálený je svět protistů, jehož studiu se výzkumná skupina M. Eliáše dlouhodobě věnuje.

Přestože fenomén terminačních kodonů doplňovaných polyadenylací fascinuje především z evolučního hlediska, není možné vyloučit, že jednou bude mít význam i při vývoji léčiv proti tomuto pozoruhodnému parazitu. O významu objevu našich odborníku svědčí i fakt, že jejich článek se stal předmětem speciálního komentáře, publikovaného ve stejném čísle časopisu Genome Biology and Evolution (viz http://gbe.oxfordjournals.org/content/6/8/1962.full), v němž se k němu pozitivně vyjadřují experti z Montrealu a Cambridge. V. Klimeš a M. Eliáš v současnosti spolupracují s E. Gentekaki a A. Rogerem na dalších analýzách genomu Blastocystis, které slibují další zajímavé výsledky.

Zveřejněno / aktualizováno: 18. 11. 2022