Ke spokojenému lidskému životu potřebujete nějakých 30 000 genů. Ne, že by pouhý počet genů vypovídal o něčem vyloženě závažném, ale proč si nerýpnout. Mezi živými tvory jde o docela průměrné číslo. Přesto jsme v současné přírodě, alespoň na primáty, docela úspěšní. Daleko větším extrémistou než my je ale v tomhle ohledu malinká mořská bakterie Pelagibacter ubique.
Tým badatelů pod vedením S. Giovannoniho z Oregon State University pelagibactera kompletně osekvenoval a ukázalo se, že má úplně nejmenší genom ze dosud studovaných organismů. K jeho provozu stačí pouhých 1 354 genů. Přesněji řečeno, ze všech dosud studovaných organismů schopných žít samostatně.
Některé bakterie mají totiž genomy ještě o něco menší, vždycky jde ale symbionty. Buď je to vnitrobuněčný parazit, jakým je například Mycoplasma genitalium se 400 geny, nebo naopak vnitrobuněčný pomocník typu mitochondrie, které mají obvykle několik desítek genů.
Pelagibacter to táhne úplně sám. Má vcelku pohnutý osud, snad hodný až románu. Byl objeven metodami molekulární biologie v roce 1990, ve vzorcích vody ze Sargasového moře, tedy v podstatě v Bermudském trojúhelníku. Mikrobiologie až donedávna zkoumala jenom ty bakterie, které rostly na Petriho miskách s agarem.
Postupně se zjistilo, že na agaru neroste vlastně skoro vůbec nic a že svět kolem nás je plný bakterií, o nichž vůbec nevíme. To se změnilo a jemné prsty molekulárních metod dokáží z různých prostředí vytáhnout informaci o tom, kdo tam vlastně žije.
Časem se ukázalo, že mořská voda je plná jednoho typu genů bakteriální ribozomální RNA, právě toho objeveného v roce 1990. Neznámá bakterie dostala nenápadité jméno SAR11.
V roce 2002 se tuhle bakterii podařilo izolovat a tehdy dostala i honosnější jméno Pelagibacter ubiqui. Má jedny z nejmenších samostatně žijících buněk, tak kolem 0,12–0,20 mikrometru. Jen tak nenápadně se vznáší v mořské vodě a usrkává rozpuštěné organické látky. Není to příliš dobrodružný život, takže pelagibacter nepotřebuje žádné speciální metabolické dráhy. Postupně vyšlo najevo, že je to nejspíš úplně nejhojnější bakterie na planetě – odhaduje se, že jich v moři žije kolem 20 miliard miliard miliard. Jinak řečeno, je to ten daleko nejúspěšnější tvor na Zemi. Dokládá to koneckonců i jeho latinské druhové jméno, jenž znamená „všudypřítomný“.
Pelagibacter patří do příbuzenstva alfa-proteobakterií. Ty mají docela běžně ve zvyku být maličké, nejčastěji ovšem žijí uvnitř jiných buněk. Našli by jste tu třeba už zmíněné mykoplasmy, rickettsie nebo mitochondrie. Pelagibacter má svoji hlavu a soběstačně vládne všem mořím. Jeho genom je vzorným příkladem úspornosti. Nenajdete v něm žádné duplikované kopie genů, žádné geny zřetelně virového původu, prostě vůbec žádnou junk (čili vetešní) DNA. Není divu, druh s tak astronomickým počtem jedinců se už dávno prostřednictví nesčetných náhodných evolučních změn, kterých tudíž bylo hodně, zbavil všeho nepotřebného. Kratší DNA znamená menší námahu a kratší čas při replikaci DNA, které se žádná buňka při dělení nevyhne. A to se vždycky hodí.
1 354 genů na první pohled zase není tak úplně málo. Když je zrovna tohle ten nejnižší počet u samostatně žijících soudobých bakterií a pokud se neobjeví nějaké úplně nové typy, tak se už asi tohle číslo výrazně nesníží, jak je možné, že bakterie vznikly slepou evolucí? Jak mohla fungovat protobakterie s několika málo sty či dokonce desítkami genů?
Odpověď se ukrývá v analogii s notebookem a počítadlem. Notebook a počítadlo se nesmírně liší, úplně ve všem. Přesto však v podstatě oba dělají totéž. Počítají. A od počítadla k notebooku vede vystopovatelná evoluční linie. Námitka, že počítadla a notebooky dělají lidé je mimo. Lidé jsou sice docela chytří, přesto v antice notebook nevymysleli. Proč? Museli k němu dojít cestou postupných změn, přes stále dokonalejší počítací stroje, tj. evolucí.
Kdysi dávno, v jiné době a za jiných okolností bylo počítadlo to nejlepší, na čem se dalo počítat. Dneska už by se ale počítadlo na trhu počítacích strojů příliš neuplatnilo.
A úplně stejně je to s dnešními bakteriemi a jejich dávnými předky. Naše představy o nich se docela rychle dávají dohromady.
U jednotlivých genů se postupně přichází na to, jak asi vznikly, jak se složité enzymové komplexy postupně odvozovaly od jednodušších proteinů. Je to na nich vidět, stačí se jen dívat.
Pelagibacter je vytuningovaný produkt miliard let evoluce s hodně úsporným genomem. Neznamená to ale, že se v minulosti nedalo být (proto)baktérií ještě mnohem jednodušší.
Pramen: Science 309: 1242-1245, Wikipedia