Zvětšit obrázek

Železné hory nejsou jen na Českomoravské vrchovině. O něco větší mají i v Kalifornii. Stejně jako u nás jsou místem, kde se doluje železná ruda. (Foto: Mike McDermitt)

Jill Banfieldová je poněkud zvláštní ženou. Učarovaly jí slizy a rosoly a neváhá za nimi jezdit po celém světě. Jedenáct let například shromažďovala vzorky mikrobů z biofilmů vyskytujících se na stěnách důlních šachet. Mikrobi, kterým se říká extrémofilní, ji nyní udělali slavnou. S pomocí techniky zvané shotgun se jí podařilo objevit nejmenší organismy na Zemi.

Zvětšit obrázek

Jill Banfield, původem Australanka s praxí na universitách v Madisonu a Tokyu. Nyní je profesorkou geochemie na Kalifornské universitě v Berkeley.

Co je to shotgun?
V překladu má tento termín celou řadu významů, mimo jiné to značí také brokovnici a nebo něco promíchaného. V genetice jde o techniku, která luští genom. Nesoustředí se ale na bádání v neporušeném genomu. Jde o čtení útržků genetického kódu. Z těcho útržků počítačový program rozpozná překrývající se úseky a zpětně z toho odvodí, jak vypadal původní neporušený „originál“, ze kterého ony kousky DNA pochází.

Technikou shotgun byl například čten i lidský genom. Po technologické stránce nejde tedy o nic převratného. Jenže Banfieldová nepoužila tuto techniku na jeden organismus. Ona ji použila na směs organismů vyskytujících se ve slizu jako celku. V tom je její použití novátorské. K tomu je potřeba ale také něco málo podotknout. Ani v tomto případě nejde o něco, co by vyžadovalo nějaký zvláště intelektuální nápad. Šlo vlastně o to, čemu se spíš sluší říkat „z nouze ctnost“. Většinou se genom organismu studuje až poté, co se jej podaří izolovat a kultivovat. To se ale v případě Banfieldových slizů nedařilo a tak nezbylo než zkusit analyzovat všechno dohromady. Věděla, že v testovaném biofilmu je několik baktérií, viděla je totiž v mikroskopu. Jen se jí je samostatně kultivovat v laboratoři nedařilo. Technikou shotgun tedy původně chtěla jen blíže charakterizovat genomy oněch baktérií, které se zdráhaly růst samostatně.

Zvětšit obrázek

Z Richmondských dolů v Železných horách v Kalifornii vytékají jedovaté odpadní vody. Obsahují kyselinu sírovou a těžké kovy. Zamořují oblast řeky Sacramento. (Foto: Jill Banfield/UC Berkeley)

Představte si to překvapení, když se svými spolupracovníky zjistila, že kromě baktérií žijí ve slizu ještě další mikrobi. A když se dodatečně ukázalo, že všichni jsou tak malí, že svou velikostí připomínají spíše viry. Proto je také Banfieldová nemohla v optickém mikroskopu vidět a neměla zpočátku o jejich existenci ani tušení.

Objevené mikroorganismy patří k dosud neznámým organismům. Vědci je zařadili jako nový druh z říše Archea (Archaea). Archea jsou baktériím podobné organismy z pradávných časů, kdy byla planeta ještě mladá a je docela dobře možné, že jsou tím nejstarobylejším, co se dá v současné přírodě nalézt.

Zvětšit obrázek

Odebírání vzorků slizovitého biofilmu z podlahy jedné z opuštěných šachet. (foto: Paul Wilmes)

Jde o organismy, které se na Zemi vyskytují již čtyři miliardy let. S nástupem metod molekulární biologie se však ukazuje, že Archea žijí úplně všude. Nedávno o nich na Oslu psal kolega Mihulka, že mořská voda je jich úplně plná, jen jsme si jich nikdy nevšimli, protože mikrobiologům nerostla na miskách s agarem. Ve zmíněném článku šlo o Nanoarcheum. Tento druh Archeí zase aspiruje na organismus s nejmenším genomem na světě. V obou případech jde o Archeum, ale o jiné a ze zcela rozdílných podmínek. V citovaném dřívějším článku se jedná o organismus žijící v horkých vřídlech, nynější objev je z oblasti podzemí důlních šachet.

O tom, který z organismů je skutečně nejmenší, se možná ještě strhnou hádky. Ale ať je tomu jakkoli, v dnešním příspěvku budu ctít zdroj, ze kterého čerpám a i když Banfieldová žádné velikostní srovnání s obdobnými mikroorganismy neudělala, budu se držet jejího přesvědčení, že jde o nejmenší organismus na Zemi.

Nově objevené organismy, které tým Banfieldové v Kalifornii objevil, žijí ve vysoce kyselém prostředí. Jsou pradávnými formami způsobu života a tak se vědci domnívají, že život v podobné formě by mohl existovat i na dalších planetách. Příkladem by mohl být Mars, jehož půda je na železo a síru bohatá. Ostatně o archeích z Antarktidy, které se množí i při dvou stupních pod nulou a která jsou adepty ohledně osídlení jiných planet, jsme na Oslu také již psali.

Tři záhadní příslušníci rodu Archea ze slizu kalifornských dolů. Na obrázcích z elektronového mikroskopu je patrno, že tyto organismy mají výčnělky(B). K čemu jim ale slouží, to nevíme. Jejich tělíčka mají tmavé oblasti, které jsou pravděpodobně napěchovány ribozómy(C). V některých částech těla mají zhuštěnou cytoplazmu, což mikroskop zobrazuje jako tmavší místa (D).

V kalifornských dolech objevené organismy žijí v tenkém růžovém povlaku na kalužích nazelenalé vody. Energii získávají oxidací železa, z něhož vytváří rez. V průběhu metabolických procesů se vytváří kyselina sírová, ta rozkládá pyrit (disulfid železa), tím se uvolňuje více železa a síry. Tento nepřetržitě probíhající proces není k životnímu prostředí zrovna šetrný. Způsobuje totiž okyselování spodních vod a v konečném důsledku zhoršuje kvalitu povrchových kalifornských vodních toků.

Vědci se nyní snaží porozumět tomu, jak se těmto extrémofilním organismům daří vytvářet po všech stránkách tak jedovaté zplodiny. Kromě toho, že je jejich produkt tak kyselý, že na naší kůži působí jako žíravina, je navíc ještě plný toxických těžkých kovů – zinku, železa, mědi a arzénu.

Zvětšit obrázek

Při odběru vzorků je dobré mít rukavice. Voda je zde tak kyselá, že by bylo výstižnější jí nazývat žíravinou. Hodnota pH se u odebraných vzorků pohybuje okolo čísla 1.

Ukázalo se, že sliz obsahuje pět separátních genomů Archeí z nichž některá nebyla dosud v laboratoři zkoumána. Všechny nově objevená Archea jsou ale příbuzná s těmi, která již byla objevena dříve a jež spadají do skupiny termofilů, kteří žijí v hydrotermálních pramenech ve velkých hloubkách oceánů. Mají tedy příbuzné v místech, kde se magma mezi kontinentálními deskami dostává blízko k povrchu kde se tvoří takzvané kuřáky.

Pro představu o velikosti nově objevených organismů je dobré poznamenat, že normální baktérie jsou pětkrát větší. Dalším krokem o který se vědci nyní budou znovu snažit, je nalezení správných podmínek, za kterých by se jim archea dařilo kultivovat na petriho misce v laboratoři. Nově objevené potvůrky už mají své jméno ARMAN-1, -2 a -3. Je vidět, že si autorský kolektiv dal s pojmenováním práci a uvažoval při tom prozíravě. Jednak jsou to začáteční písmena z anglických slov charakterizujících kmen baktérií, lokalitu dolu, to, že mají rády kyselost a že se jedná o nanobaktérie (Archaeal Richmond Mine Acidophilic Nanoorganisms). Uvedená písmena „ARMAN“ ale zároveň tvoří příjmení majitele uvedených dolů. Tím je jakýsi Ted Arman. Pokud je pan důlní magnát dostatečně ješitný, nebudou mít výzkumníci o další prostředky nouzi a výzkum archeí by mohl rychle pokročit.

Pramen: University of California - Berkeley