Čepenka odstálá je mech. Genetici ho milují, protože si rád nechá cíleně mutovat geny. Zde se stal hlavním protagonistou transplantačních pokusů s opravárenskými PPR proteiny. Kredit: Ústav experimentální botaniky AV ČR.

Biologové nás dávají spolu s rostlinami do jedné škatulky nadepsané „eukaryota“. Prý se na buněčné úrovni od sebe zase tak moc nelišíme. Rostlinné buňky, stejně jako ty naše, mají buněčné jádro a v něm chromozomy s DNA, jadérko, v cytoplazmě endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, ribozomy, mitochondrie,... A o těch bude dnešní pojednání. 

Volker Knoop (vlevo) se svým pětičlenným kolektivem změnil náš pohled na mechanismus korekce genů známý jako RNA editace. Na obrázku názorně ukazují, jak během opravného procesu je jeden z konstrukčních bloků RNA (cytidin, zkráceně C) chemicky převeden na jiný stavební blok (uridin, zkráceně U). Kredit: Simoeller / Unn Zumki Bonn

V mitochondriích probíhá převážná část buněčného dýchání. Vyrábí „palivo“ pro většinu buněčných pochodů - energeticky bohatý adenosintrifosfát (ATP). Podle pracovitosti mají různé nároky na energii a od toho se odvíjí počet jejich mitochondrií. Údernice jich mají v cytoplazmě tisíce. Mitochondriím se přezdívá buněčné elektrárny se špinavým provozem. Právem. Jako vedlejší produkt jejich činnosti vzniká odpad v podobě kyslíkových radikálů, a ty škodí, kde jen můžou. I když mitochondrie mají vlastní DNA, jsou schopné si vyrábět jen omezené množství bílkovin, většinu  jich tak mají na starosti jaderné geny. Ale ať už jsou geny kdekoliv, občas je postihnou mutace. Ty, které se týkají mitochondrií, jsou dávány do souvislosti s celou řadou degenerací. U nás lidí v poslední době i s Parkinsonovou chorobou. U rostlin je poklid zeleného života jen zdánlivý. I v jejich genech se to často semele tak, že v „příkazovém řádku“ ve vláknu DNA dojde k chybě, které genetici říkají mutace a musí se opravit, jinak by se systém energeticky brzo zhroutil.

Dva pentatrikopeptidové proteiny při opravě spočívající v záměně C a U na molekule RNA. Kredit: Bastian Oldenkott, 2019.

Když se výzkumníci z Ústavu buněčné a molekulární botaniky na univerzitě v Bonnu na opravný proces mutací rostlin podívali podrobně, nestačili se divit. Opravy mutací probíhaly  nepochopitelně komplikovaným způsobem. Rostliny je často neprováděly tam, kde by to bylo pro ně výhodné – tedy v místech, kde porucha vznikla a odkud se lavinovitě šířila. Místo aby zjednávaly nápravu v pomýleném „velíně“ DNA, jaly se malér hasit až opravou pokynů, které špatná DNA rozesílala prostřednictvím RNA. To je stejný přístup, jako kdyby se v tiskárně novin místo opravy matrice (DNA), povolaly stovky redaktorů a korektorů, kteří by v každém výtisku zmizíkovali a ručně vpisovali co tam má být.  A kdyby jen to. Korektoři se ukázali být úzce zaměření. Jinak řečeno, jedni poznají, kde má být „mně“ místo „mne“, ale na „víly vyly“ už musí být jiní. Vědci už našli pět set takových opravářů specialistů. Některé rostliny jich mají mít ještě víc. Takovou armádu specialistů (a každého v mnoha vydáních) buňky živí jen proto, aby zažehnaly několik málo chyb, když se rozhodly věc hasit až v produktech zvaných RNA.

Jan Neruda, vůdčí osobnost generace májovců. Z pohledu genetika evolucionista.

Jak a čím se opravuje?

Tím, co jsme si nazvali korektory, jsou molekuly PPR proteinů. Těch je celá rodina, ale snadno je všechny poznáte podle specifického opakujícího se motivu tvořeného 35 aminokyselinami. V anglické literatuře se o nich lze dočíst pod heslem pentatricopeptide repeat. Odtud také zkratka „PPR“.

Až dosud se zdálo, že naši korektoři jsou „leví jak šavle“. Že chybu najdou, ale na práci si musí zjednat šikuly, jakým je enzym cytidin deamináza. Aby vědci lépe pronikli do tajů oprav mutací, ve svých pokusech přesídlovali korektory z mechu do střevní bakterie E. coli. Při těchto transplantačních pokusech vyšlo najevo, že korektorské molekuly mají na svém konci sekvenci aminokyselin, které funkci enzymu cytidin deaminázy zastanou. To je ale staví do zcela jiného světla. Už to nejsou hlupci. Nejen, že jsou schopni zasahovat i v cizím a neznámém terénu,  ale pro případ nouze nejvyšší, kdy je enzymu málo a třeba přikročit k „válečné chirurgii“, mají v kapse „pleskačku“ s tekutinou první korektorské pomoci.

Spustit  nahrávku

Pentatrikopeptidové repetice pohledem muzikanta.

Jak a čím si buňky opravy dělají, je jedna věc, ale nevyřešenou otázkou zůstává, proč se to děje tak složitě, když to jde jednoduše?

Nejlepší odpověď asi najdeme ve Zpěvech pátečních: „Kdo chvíli stál, už stojí opodál“. A logiku to začne mít až při hře velkých čísel. Nejspíš je to tak, že když by se organismus příliš bránil mutacím a všechny by si je na úrovni DNA dával do pořádku, jako jednotlivec by byl v pohodě. Zato s jeho potomstvem bez variability by to nevypadalo dobře. Populace by pozbyla schopnost se přizpůsobovat měnícím se podmínkám. Takže to, co se jeví jako absurdní zkomplikování opravného systému, funguje jako „sběrač“ mutací. Ty sice škodí, ale druh udržují plastický, schopný ustát lecjakou šlamastiku. Na korekci genů na úrovni RNA editace je třeba pohlížet jako na „hřiště“ evoluce.

Závěr

Pokud mají němečtí vědci pravdu a hromadění nesmyslů v centru (s nápravou následků, které to přináší až lokálně) je evoluční výhoda, potom na tom nejsme zase tak špatně.  Mutace bruselských nařízení porostou a jednoho dne z toho zákonitě musí vzniknout něco geniálního.

Literatura

Bastian Oldenkott et al. Plant type Pentatricopeptide Repeat proteins with a DYW domain drive C-to-U RNA editing in Escherichia coli; Communications Biology, DOI: 10.1038/s42003-019-0328-3