Sympatické na kvasinkách je, že na jejich zkoumání dobře slyší pekaři, pivovarníci i lihovarníci. Bývají štědrými mecenáši a tak výzkum jde rychle a bývá špičkový.

Droždí, respektive kvasinky všeho druhu, jsou častým objektem zájmu výzkumníků. Práce s nimi je čistá, jejich „chov“ nic nestojí a když nadejde čas dovolených, lze je šoupnout do ledničky, kde to ve zdraví přečkají. I když to na první pohled tak nevypadá, mají tyto mikroskopické houby, s námi toho dost společného. Buněčné jádro a v něm chromozomy. Pochopitelně, že jich mají méně. Čím se od nás výrazně liší je to, že si na jejich počtech moc nezakládají. Někdy se jich zbavují, jindy si je zase zdvojují.

V Severní Karolíně výzkumníci pokusničili s geneticky upravenými kvasinkami, které se při dělení vyznačují poruchou zdvojování DNA. Týrali je teplem a připravili kvasinkové „kriply“, jejich enzym helikáza, nebyl tak docela ve formě a tak se mu nedařilo dvoušroubovice rozplétat. To je v životě jakékoliv buňky, moment takřka klíčový, protože bez toho  se neobejdou replikace, transkripce, rekombinace a dokonce nejde vyspravit ani poškozené úseky DNA. Od kvasinek s tak mocně poškozenými chromozomy se očekávalo, že budou způsobně umírat. Kvasinky ale měly na věc jiný názor.

Sarah A. Sabatinos, první autorka publikace Kredit: USC

Buňky se dělí i když neumí zdvojovat svou DNA
Proč by to mělo být tak neslýchané? Všichni přece známe buňky s poškozenou DNA, které se dokážou množit – ty rakovinové.
To je sice pravda, jenže u rakoviny  bývá DNA silně zredukovaná, tedy jí je méně!  A hlavně, aparát, který má v popisu práce při dělení buňky DNA zmnožovat, je u rakovinových zvrhlíků funkční. Kéž by nebyl! 
U zde zmiňovaných  kvasinkových mutantů ale poškozená centromera pracuje tak chaoticky, až vědci výsledku začali říkat „zombie buňky“. I přes nadbytek (!) DNA, se vesele množí. Možná ne tak vesele, jak to na první pohled vypadá, ale nějak se jim to dělení daří a dokonce opakovaně.

I když jsme před chvilkou tvrdili, že se kvasinkové zombie od rakoviny liší, není to pravda celá. Jistá podobnost těchto mutantů, k některým rakovinovým buňkám, tu přece jen je. Týká se ale jen zvláštností. Byly popsány jen u myší a zcela nedávno také u lidí. I pro ně jsou charakteristické zvláště křehké oblasti v DNA.

Co že je na nynějším poznatku tak zajímavé, že o tom píše nejnovější číslo časopisu Molekulární buněčná biologie?
V populárně vědeckých časopisech, které o tom referují, se píše, že to je kvůli nerovnoměrné chromozomální segregaci, při níž se chromozomy nedělí, jak bývá jejich dobrým zvykem. A že vedle hlavního jádra tito kvasinkoví zvrhlíci tvoří jakási mikrojádra s malým množstvím DNA. Celý ten nepravidelný galimatyáš, za který mohou rozpadlé centromery, zůstává pospojovaný předivem vláken a právě toto „zasíťování“ pak dovoluje, že se vytvořená mikrojádra po čase zase mohou spojit se svým starým, původním jádrem. Tím jádrem, které mělo na začátku tendenci se dělit poctivě, ale něco mu jeho předsevzetí  zhatilo. Pod výrazem „něco“, se mají skrývat vadné geny. A právě ty by u kvasinek měly být stejné, jako geny lidské.

Sekvence snímků buňky s abnormální jadernou přestavbou v průběhu dvojího dělení.  Chromozómy jsou růžové, buněčná membrána zeleně. Kredit: Susan Forsburg

Je ale vyzdvihované abnormální dělení kvasinek opravdu tak novátorským objevem?
Není. Před časem ho popsali dva páni z Kansasu. Nemají zrovna moc americky znějící jména: Guangbo Chen a Rong Li, ale popsali to dobře. Jen v té kvasinkové nestabilitě spatřují něco jiného. A sice vynikající mechanismus k rychlé adaptaci. Když totiž  začne kvasinky něco otravovat (nějaké jedy), nebo se jim se změnou životního prostředí začnou dít jiná příkoří, dají se na experimentování. Destabilizují svůj genom. Některé z chromozomů si zvíceronásobí, jiných se naopak vzdají a začnou riskovat tak mocně, že si v řadě případů pohorší. Odborně se rozháranosti v počtech chromozomů říká aneuploidie.

Spustit video

Aneuploidie není specifikou kvasinek, zvládáme jí i my, lidé. Té nejznámější pak říkáme Downův syndrom (jde o trizómii 21. chromozomu). Obávaná je i ta, které říkají Edwardsův syndrom (trizomie 18. chromozomu). Stejně nepříjemnými jsou i syndrom Patauův (trizomie 13. chromozomu) a Turnerův (jedinec má jen chromozom X a ne Y). Ani to není všechno. Existují také chromozomální rozháranosti, které vedou k poruchám, jejichž výsledku se říká „nadsamice“ (aneuploidie samičího chromozomu, takže výsledný genotyp je XXX). Podobně existují i „nadsamci“ (s genotypem XYY). A konečně jedinci s Klinefelterovým syndromem. Ti mají pro změnu v jádru svých buněk o jeden samičí chromozom X víc a výsledkem je porucha označující se zkratkou: XXY.

Závěr

Na rozdíl od nás kvasinky na svých chromozomech moc nelpí a o nějaké stabilitě genomu se u nich také hovořit nedá. Učebnicovitě se chovají jen když jim o nic nejde. Jakmile narazí na problém, jednají rychle. Místo umlčování, nebo zdvojování jednotlivých genů, si pořizují extra kopie celých chromozomů a nebo je celé zahazují. Škála jejich mutačních adaptací je široká a tak se jim téměř vždy podaří ze šlamastiky nějakým schopným mutantem vybřednout. Mechanismus značně „rozvolněného“ genomu je to, co z kvasinek udělalo evolučně úspěšný organismus. Náš problém je, že si něco z toho také stále ve svých genech neseme. Na rozdíl od kvasinek nám buněční mutanti výhodu nepřinášejí. Chovají se k nám sobecky a rakovinotvorně. To, co je na práci kolektivu Sáry Sabatinosové to nejpodstatnější, není opěvované odhalení abnormálního dělení kvasinek, nýbrž to, že se podařilo připravit modelový organismus. Je ideální pro rychlou identifikaci genů, které nesou vinu  za nerovnoměrné (abnormální) dělení. A ty by se od těch našich genů neměly moc lišit. Dostáváme tak do ruky nástroj, který by měl vnést jasno do příčin genomové nestability. Výhledově snad i chromozomálním poruchám učinit přítrž. To, co by ale nemuselo trvat tak dlouho, je příprava molekulárních sond, kterými by mnohá rizika šlo detekovat. A to již u embryí majících jen několik málo buněk. Zdá se, že  jsme zase o něco pokročili vstříc době, kdy klasické početí bude pro potomky rizikovější, než technika IVF (in vitro fertilizace). Době, v níž rodiče, kteří budou chtít se zdravím potomka riskovat co nejméně, upřednostní početí ve zkumavce. Jinak řečeno, embrya s fragilní DNA si matka do dělohy vložit nenechá. Jak s takto nabytými možnostmi společnost naloží, to už je jiná otázka.

Literatura
Sarah A. Sabatinos a kol.: Replication stress in early S phase generates apparent micronuclei and chromosome rearrangement in fission yeast, Molecular Biology of the Cell, August 5, 2015 www.molbiolcell.org/content/early/2015/08/02/mbc.E15-05-0318.abstract University of Southern California

Video: Mateřské pracoviště Dr. Sabationosové se brzo rozroste o další laboratoře (pohled z dronu). Kredit: USC.