„Elektrárna“ bez DNA

May 27, 2019 Řasy ze skupiny dinoflagelátů organizovaly svůj genetický materiál neobvyklým způsobem

Buňky většiny živých tvorů mají speciální struktury, které jsou zodpovědné za produkci energie. Tyto takzvané mitochondrie mají obvykle svůj vlastní genom, kromě toho v jádře. Uwe John z Institutu Alfreda Wegenera (AWI) a jeho kolegové nyní odhalili dosud unikátní výjimku u jednobuněčného parazita. Zdá se, že mitochondrie dinoflagelátu Amoebophrya ceratii fungují správně i bez vlastního genetického materiálu, uvádí tým v časopise Science Advances.

Dinoflageláty tvoří velkou část planktonu v mořích. Asi polovina z přibližně dvou tisíc známých druhů praktikuje fotosyntézu jako rostliny, další žijí dravě nebo podle nabídky střídají různé diety. A konečně, tato všestranná skupina řas má ve svých řadách také parazity. S takovým týmem se nyní tým kolem Uwe Johna podíval do genomu - a zažil překvapení.

Výzkumníci našli svůj studijní objekt v buňkách jiných dinoflagelátů rodu Alexandrium. To zahrnuje několik druhů, které mají tendenci vytvářet toxické řasy v masovém vývoji. Celé koberce z těchto jednobuněčných organismů se někdy unášejí ve vodě a produkují nervový jed saxitoxin, který je nebezpečný i pro člověka. Ale existují paraziti, kteří dokážou takové květy řas zastavit. Patří mezi ně druh zvaný Amoebophrya ceratii, na který se zaměřila současná studie.

"Tyto jednobuněčné organismy plavou vodou jako takzvané dinospory, dokud nenajdou svého hostitele," vysvětluje Uwe John. Když přijde čas, připojí se ke své oběti, proniknou do ní a sežerou ji zevnitř nahoru. Jsou stále větší a větší a tvoří stádium s mnoha buněčnými jádry. Jako červ nakonec vyleze z mrtvého hostitele a rozbije se na 200 až 400 nových dinosauřích ostnů. Takový cyklus infekce trvá pouze tři až čtyři dny a může masivně ovlivnit alexandrijskou populaci.

Tým sekvenoval genom dobyvatele Giftalgenu, který se skládá z asi 100 milionů párů bází. To je na dinoflagelát velmi málo. Malý genom pro parazita není nic zvláštního. Mnoho vyznavačů tohoto životního stylu neprodukuje všechny metabolity nutné k přežití sami, ale využívají své hostitele. Díky tomu jsou na nich závislé, ale obejdou se i bez mnoha genů. Ale Amoebophrya ceratii touto cestou nešla. „U tohoto druhu fungují téměř všechny metabolické procesy tak, že by si měli být schopni poradit sami,“ říká Uwe John. A dělá to s mnohem menším genomem než kterýkoli jiný dinoflagelát.

Toto snížení dohnalo zvláště daleko v té části genomu, která leží mimo buněčné jádro. V rostlinách a řasách se DNA nachází nejen v mitochondriích, ale také v plastidech, které potřebují pro fotosyntézu. Jejich genom je obecně poměrně malý s dinoflageláty a skládá se pouze ze 14 genů. Zdá se však, že Amoebophrya ceratii zcela zrušila plastidy a až na jednu výjimku jejich geny.

Ještě působivější je úsporný program, který parazit uvalil na své mitochondrie. V jeho vztahu jsou v DNA těchto malých buněčných elektráren stále tři geny. Amoebophrya ceratii zřejmě zachránila celý mitochondriální genom. Přes všechnu pečlivou pátrací práci po něm tým nenašel žádné stopy. Dva geny zřejmě zmizely, třetí, cytochrom c oxidáza 1 (COX1 nebo COI), migroval do jádra. "To mě opravdu překvapilo," říká Uwe John, "protože zatím není znám žádný jiný tvor dýchající kyslík, který by ve svých mitochondriích neměl vlastní genetický materiál."

Tato strohost by se mohla hodit, kdyby paraziti musí rychle vytvořit mnoho nových dinosauřích spor. "Možná bude efektivnější regulovat všechny procesy prostřednictvím jádra," říká Uwe John. "Takže zdroje hostitele lze pravděpodobně využít tím nejlepším možným způsobem." Nic by však nezískalo, kdyby se zhroutila dodávka energie. Ale zdá se, že nebezpečí neexistuje: mitochondrie fungují dobře ve všech fázích života a umožňují dinosaurům při hledání hostitele i rychlé plavání. "Tito paraziti pravděpodobně našli svůj vlastní způsob, jak generovat energii," říká Uwe John. "Potřebují pouze část z pěti známých proteinových komplexů, které se nacházejí v mitochondriích lidí a všech zvířat, aby produkovaly energii."

Vědci doufají, že tato zjištění pomohou lépe porozumět vývoji dinoflagelátů a jejich příbuzní jako celek. To by bylo také zajímavé, protože příbuznost těchto řas zahrnuje také další parazity a původce nemocí, jako je malárie. Výsledky by navíc mohly poskytnout nové poznatky o historii mitochondrií a plastidů. Oba byli původně nezávislí tvorové, kteří byli odnepaměti pohlceni jinými jednobuněčnými organismy a žili v nich dále jako takzvaní endosymbionti. Postupem času zmenšili svůj genetický materiál a stali se poskytovateli služeb pro buňky, které již nejsou samy životaschopné. Tento vývoj však dovedl Amoebophrya ceratii do extrémů a také připravil její endosymbionty o zbytky jejich genetické autonomie.