BIOLOGICKÉ CENTRUM AV ČR, v. v. i. | Čeští vědci našli předka parazitů

Chromera – původce malárie - Jak pokračuje další výzkum

Z vystoupení doc. Ing. Miroslava Oborníka, PhD., z Parazitologického ústavu BC AV ČR, v. v. i., na tiskové konferenci BC AV ČR, v. v. i., dne 16.6.2008

„Předpoklad fotosyntetického původu prvoků kmene Apicomplexa (výtrusovci) byl formulován po objevu apikoplastu, nefotosyntetického plastidu výtrusovců. Tato organela je pro život parazita nezbytná a její vyřazení z funkce prvoka zabíjí. Proto upoutal pozornost vědecké obce objev nového fotosyntetického prvoka Chromera velia, nejbližšího fotoautotrofního příbuzného výtrusovců (Nature 451, 959-963, 2008). Tímto objevem však naše práce nekončí, právě naopak. V současné době pracujeme na řadě dalších navazujících projektů, počínaje studiem struktury plastidového genomu, až po sekvenční analýzu celého genomu C. velia. Tyto projekty řešíme v těsné spolupráci s kolegy z Třeboně a z Kanady“, uvedl M. Oborník, vedoucí týmu, oceněného za významný objev pamětními medailemi Jihočeského kraje.

Čeští vědci našli předka parazitů

Čeští vědci se svými zahraničními kolegy objevili řasu, která je společným předkem parazitických prvoků způsobujících malárii či toxoplazmózu. Jejich objev je zásadní pro porozumění vzniku parazitismu a hledání nových léků proti malárii.

Malárie ročně zabije miliony lidí. Toxoplazmóza dřímá v každém třetím z nás a ohrožuje těhotné ženy a plod. Obě nemoci způsobují parazitičtí prvoci - výtrusovci.

Je to asi deset let, co vědci prokázali, že buňky některých parazitických prvoků obsahují pozůstatky chloroplastu. Chloroplast je typickou součástí buněk rostlin - umožňuje fotosyntézu a „dává“ jim zelenou barvu. Do organismu prvoka se tedy musel dostat někdy během evoluce. Vědci zjistili i to, že sice již neslouží k fotosyntéze, ale je pro buňku parazitů nepostradatelný a jeho „vyřazení“ z provozu parazita zabije. Tento objev napověděl těm, kdo se snaží hledat lék proti malárii: Parazita by mohl zlikvidovat přípravek na hubení plevele. Herbicidy by ničily plastid, a tím parazita, ale člověku, jehož buňky plastid neobsahují, by neublížily.

S dalším objevem v této oblasti nyní přicházejí čeští vědci. „Po objevení plastidu v buňkách výtrusovců bylo zřejmé, že předek výtrusovců byla fotosyntetická řasa. Nikdo ji však nikdy neviděl, existovala jen jako hypotéza. Nám se podařilo ve spolupráci s kolegy z Austrálie, Skotska a USA tuto řasu najít a molekulárně charakterizovat,“ vysvětluje mikrobiolog Miroslav Oborník z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR a Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity.

Jaké nemoci vlastně paraziti - výtrusovci způsobují?

Do velké skupiny parazitů kmene Apicomplexa, česky výtrusovců, patří zejména původci malárie, Plasmodium falciparum, a toxoplazmózy, Toxoplasma gondii. Malárie je patrně nejzávažnější - ročně je zaznamenáno 350-500 milionů případů, z toho 1,1 až 1,3 milionu končí smrtí. Vakcína neexistuje, preventivní léky mohou po dlouhodobém užívání způsobit deprese až sebevražedné sklony. Akutní toxoplazmóza je nebezpečná pro těhotné ženy a lidi se sníženou imunitou. Pozitivní nález na toxoplazmu má však více než třetina populace, takže se museli někdy ve svém životě s touto infekcí setkat. Existují teorie, že toxoplazma u nich ovlivňuje psychiku směrem k rizikovějšímu chování a údajně znamená tři a půl krát vyšší nebezpečí účasti na dopravní nehodě. Nicméně u zdravých lidí se toxoplazmóza nijak neléčí.

Jak jste vlastně našli onen tajemný organismus, předka parazitů?

Z korálů u pobřeží Austrálie jej izoloval Robert Moore v rámci své disertační práce v roce 2001. Na mě se obrátil někdy v roce 2004. Nabídl mi spolupráci s tím, že moje laboratoř provede molekulární analýzu a určí nejbližší příbuzné tohoto zvláštního prvoka - řasy. Což se také stalo. Robert původně izoloval hlavně obrněnky rodu Symbiodinium, které často tvoří symbiotické vztahy s korály. A přitom si všiml, že několik nálezů vypadá jinak, osekvenoval část jednoho genu - a jedna z charakteristik tohoto genu, unikátní genetický kód, mě naprosto přesvědčila, že je to ono. Že je to ten hledaný organismus. Tento znak totiž sdílí pouze a výhradně právě s prvoky kmene výtrusovců.

A došli jste k tomu, že...

V naší laboratoři jsme získali většinu sekvencí genů potřebných pro fylogenetickou analýzu. Určili jsme místo prvoka i jeho plastidu na vývojové větvi výtrusovců a jejich příbuzných. Organismus, který dr. Moore izoloval z korálů, je jednobuněčný, nepohyblivý, volně žijící a plně fotosyntetický. Obsahuje některé morfologické znaky typické pro výtrusovce, je k nim příbuzný na základě molekulárně fylogenetické analýzy a používá v plastidu naprosto unikátní genetický kód podobně jako Toxoplasma. Na základě popisu nové řasy Chromera velia jsme pak stanovili hypotézu o původu plastidu výtrusovců.

A jaká je tedy jejich historie?

Docela unikátní: prapředek dnešních výtrusovců byl zřejmě mikroskopický predátor v moři, heterotrof. Ten pohltil červenou řasu před nepředstavitelnými 1,3 miliardy let; tato pohlcená řasa se vyvinula ve fotosyntetický plastid. Organismus žil dle mého odhadu pouze ze slunečního světla a oxidu uhličitého dalších 500 milionů let. Poté fotosyntetickou schopnost zase ztratil a žije jako parazit. Takto vlastně vystřídal všechny hlavní způsoby výživy živých organismů na Zemi. Chomera je v podstatě živou fosilií, extrémně starý organismus, jehož stáří se odhaduje na 750 milionů let. To je asi 200 milionů let předtím, než se objevily první suchozemské rostliny, a tak 650 milionů let před vyhynutím dinosaurů.

Objev tohoto prvoka musel nadchnout evoluční biology.

Objev má zcela zásadní význam pro pochopení evoluce výtrusovců, hlavně pro studium vzniku parazitismu u této skupiny. Zajímavý je i fakt, že společně s popisem nové řasy Chromera velia se pojí i popis celého nového kmene (phylum), což není v současné biologii zrovna frekventovaným jevem.

A co na objev řeknou výzkumné týmy, hledající lék proti malárii?

Praktický význam našeho objevu se dost těžko odhaduje. Nicméně lze očekávat, že řasa může být extrémně zajímavá i pro všechny laboratoře zabývající se testováním a vývojem antimalarik. Pěstování parazita P. falciparum je totiž extrémně náročné a drahé a testování léku na snadno pěstovatelném modelu výrazně ulehčí a zlevní výzkumníkům práci. Jen podle odhadu to bude pětsetkrát až tisíckrát levnější, než použití Plasmodia. Pěstování našeho prvoka je velmi jednoduché, daří se i v levných živných médiích. A hlavně je nesrovnatelně bezpečnější pro výzkumníky a laboratorní personál.

Jak bude vypadat lék na malárii, který využije popsaných objevů?

Takový lék by byl smrtelný pro plastid, ale relativně neškodný pro člověka. Nedávno již japonští vědci vyzkoušeli herbicid, který blokoval metabolické dráhy plastidu. Výtrusovci používají ke kontrole svého vývoje signální dráhy rostlin i rostlinný hormon. Pomocí jedné signální dráhy parazit přepíná mezi invazivní formou, která se rychle šíří v organismu, a latentní formou, kdy parazit vytváří cysty a choroba přechází do chronické fáze. Herbicid parazita nezničil, jen donutil k přepnutí do chronické fáze, ve které se dále nemnoží. Ideální lék proti malárii by měl blokovat metabolickou dráhu, která není obsažena u léčeného hostitelského organismu, protože např. pochází z plastidu, a zároveň musí být tato dráha pro přežití parazita nezbytná. Těch však není mnoho.

Bude tento objev možné využít i u léků proti toxoplazmóze?

Toxoplazmóza se u zdravých lidí s fungujícím imunitním systémem nijak neléčí, pokud neohrožuje plod a podobně. Využití našeho objevu se nedá dopředu přesně odhadnout. Toxoplazma slouží spíš jako modelový organismus, než že by o ni byl přímo silný medicínský zájem. Ale to se může hodně rychle změnit...

A na čem budete pracovat dál vy a váš tým?

Hlavním cílem pro příští období je sekvenace genomu tohoto prvoka. Zde je uložena spousta informací o evolučním původu organismu i jeho metabolismu.