Tým vědců spojených s IRB Barcelona a Barcelona Supercomputing Center právě otřásl jedním z nejpevnějších pilířů buněčné biologie.
Jejich práce, publikovaná v časopise Nature, dospěla k závěru, že vznik eukaryotických buněk, tedy buněk, z nichž se skládají zvířata, rostliny, houby a další složité organismy, nebyl výsledkem fúze dvou mikroorganismů, ale mnohem širší spolupráce, na níž se podílelo nejméně pět různých aktérů.
Příběh, o němž vyprávějí učebnice
Po celá desetiletí biologie vyprávěla o vzniku složitých buněk téměř jako o pohádce: příběhu s nádechem bajky. Primitivní mikroorganismus prý pohltil jiný, aniž by ho dokázal strávit, a toto vynucené soužití vedlo ke vzniku eukaryotické buňky. Vědecky řečeno, bakterie údajně přijala do svého nitra archeobakterii. Obě byly prokaryotické buňky, jednoduché organismy bez vnitřních kompartmentů, kde by se ukládala DNA nebo vyráběly proteiny. Právě tyto kompartmenty, nazývané organely, odlišují eukaryotické buňky od prokaryotických.
Tento příběh je formálně známý jako endosymbiotická teorie a formulovala jej Lynn Margulisová. Díky ní chápeme mimo jiné to, jak živočišné buňky získaly mitochondrie, orgánely schopné vyrábět energii prostřednictvím buněčného dýchání. Stejná logika vysvětluje, proč rostlinné buňky mají chloroplasty, organely, které také produkují energii, i když v tomto případě prostřednictvím fotosyntézy. Jak mitochondrie, tak chloroplasty byly kdysi archebakteriemi, které byly zachyceny uvnitř jiných bakterií. Margulisova teorie se těší obrovskému konsensu a je již vyučována na středních školách, i když je třeba připomenout, že když byla v 60. letech 20. století poprvé předložena, vědecká komunita ji přijala s velkou skepsí a trvalo desítky let, než se prosadila do učebnic.
Genetické stopy namísto fosilií
Rekonstrukce událostí, které se odehrály před 2 miliardami let, představuje obrovskou výzvu. Pokud je pátrání v minulosti náročné, když se vracíme o 66 milionů let zpět a máme k dispozici kosti dinosaurů o velikosti člověka, představte si, co se stane, když tuto číslici vynásobíme třiceti a hledáme stopy mikroskopických forem života – to vám dá představu o obtížnosti. Proto se vědci rozhodli pro jinou strategii: místo hledání stop ve skalách se ponořili do DNA současných organismů, potomků té první eukaryotické buňky známé jako LECA, což je anglická zkratka pro „posledního společného předka eukaryot“. Stejně jako si každý člověk uchovává fragmenty genomu svých prarodičů, existují geny, které jsme zdědili prakticky neporušené z těch dávných dob.
Dr. Toni Gabaldón, výzkumník ICREA v IRB Barcelona a Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), to shrnuje takto: „Všechny genomy si uchovávají stopy své historie. V případě eukaryot nám tyto stopy vyprávějí o dávných spojenectvích mezi mikroorganismy. Jejich pochopení nám pomáhá odpovědět na velmi hlubokou otázku: co jsme a odkud pocházíme.“
Scénář s pěti aktéry a obřím virem
Srovnávací analýza těchto prastarých genetických sekvencí přinesla značné překvapení. Zatímco klasická teorie poukazovala na dva protagonisty, bakterii a archea, odborníci ze skupiny srovnávací genomiky IRB Barcelona a BSC identifikovali nejméně tři další bakteriální skupiny. Bakterie ze skupiny Myxococcota by přispěla funkcemi spojenými s metabolismem lipidů a tvorbou buněčných membrán. Další bakterie ze skupiny Planctomycetota by přispěla k tvorbě vnitřních kompartmentů, které charakterizují eukaryoty.
Gabaldón zdůrazňuje význam tohoto objevu: „Dlouhou dobu jsme vysvětlovali původ složitých buněk jako příběh se dvěma hlavními aktéry: archeou a bakterií, z níž vznikly mitochondrie. Naše studie naznačuje, že tento příběh je neúplný a že na scéně bylo více aktérů, včetně dalších bakteriálních skupin a obřích virů, které mohly usnadnit genetickou výměnu.“
Výzkumníci konkrétně poukazují na to, že velký virus známý jako Nucleocytoviricota mohl zprostředkovat přenos genetického materiálu mezi mikroorganismy. Hypotéza týmu je, že LECA vznikla v prostředí hustě osídleném mikroorganismy, což je ideální živná půda pro symbiózu a výměnu DNA.
Opatrnost tváří v tvář složitosti
Moisès Bernabeu, Saioa Manzano-Morales a Marina Marcet-Houben, spoluautoři studie a výzkumníci ze skupiny komparativní genomiky vedené Dr. Gabaldónem v IRB Barcelona a BSC, upozorňují, že ke svým závěrům přistupovali s velkou opatrností: „Snažíme se rekonstruovat historii, která se odehrála před miliardami let a z níž nemáme žádné přímé fosilní nálezy. Proto jsme byli velmi konzervativní: zachovali jsme pouze ty nejrobustnější evoluční signály, ty, jejichž síla je srovnatelná se signály již přijatými pro prapůvodní archeu a pro bakterii, z níž vznikla mitochondrie.“ Jinými slovy, kompletní příběh by mohl vyžadovat zapojení ještě více protagonistů, ale tým se raději omezil na ty, kteří jsou podloženi pevnými důkazy.
Koneckonců, každé vědecké vysvětlení znamená zjednodušení reality, stejně jako žádná mapa nemůže zcela věrně zachytit území, které znázorňuje. Endosymbiotická teorie Margulisové nebyla mylná, ale byla neúplná: původ našich buněk byl podstatně kolektivnější proces, než jsme si mysleli.