Student World

Problematice symbiotických baktérií byla v rámci Biologických čtvrtků ve Viničné věnována přednáška Václava Hypši (katedra parazitologie na Biologické fakultě Jihočeské univerzity). Přednášející mj. poněkud zpochybnil učebnicové škatulkování na parazity, komenzály a symbionty.

Spíše než souvislý výklad problematiky ukáže následující článek některé střípky a zajímavosti vztahující se k této problematice. Výrazy parazit a symbiont budeme přitom používat jako téměř synonymní, tj. zpravidla nebudeme řešit, komu je vztah organismů prospěšný a na čí úkor se tak děje. K této otázce se ještě dostaneme dále.

Chování symbiontů či parazitů k hostiteli je samozřejmě dáno především tím, zda ke svému šíření využívají horizontálních či vertikálních způsobů přenosu (tuto logiku můžeme použít i ve zdánlivě tak odtažitém oboru, jako je memetika – obecně platí, že replikátory, které nepřecházejí na vaše potomky, mají menší zájem na hostitelově přežití).

Parazité vyšších organismů vznikli původně téměř jistě z neparazitických forem mikroorganismů (když na světě existovaly pouze bakterie, nebylo na kom parazitovat). Otázkou však samozřejmě je, kdy ke vzniku jednotlivých vztahů hostitel-parazit došlo. Stalo se to před deseti či stamiliony let? Jak dlouho žijí např. bakterie vážící dusík s kořeny některých rostlin? Jak dlouho se s námi naše střevní mikroflóra?

Při řešení těchto otázek pomůže dvojitě genetický test. Nejprve stanovíme míru evoluční příbuznosti v rámci určité skupiny (např. vší) a posléze míru genetické příbuznosti jejich parazitů. Pokud budou obě mapy/vývojové stromy totožné, lze předpokládat, že symbiont sledoval hostitele po celou dobu vývoje. V jiných případech došlo ke vzniku symbiotického vztahu zřejmě několikrát nezávisle na sobě.

Zatímco obvykle je ve vztahu k hostiteli rozlišována symbióza, parazitismus či komenzalismus, dnešní pohled ukazuje značnou rozvolněnost těchto termínů. Skoro se zdá, že spíše než patogenní organismy bychom mohli najít patogenní geny, “zlé” faktory a kusy DNA, které obvykle umí skákat v řetězci DNA. O patogenosti mikroorganismu pak rozhoduje často pouze přítomnost jediného takového faktoru. Tyto faktory mají obvykle kolem 200 kilobází a bakterie je často získají od virů – z tohoto úhlu pohledu by pak viry byly vlastně jedinými parazity.

Navíc: I původní parazit se časem mnohdy stává pro svého hostitele potřebným, když tento ztratí nějaké funkce, proti kterým díky přítomnosti parazita přestává působit selekce (analogie: pokud máte v okolí pekaře, zřejmě se vám časem stane potřebným, neboť zapomenete péct chleba doma. Stejně tak bakterie rozkládající ve vašich střevech celuozu může po řadě generací vést k tomu, že zapomenete syntetizovat příslušný enzym). Ještě větší redukce genetické informace samozřejmě probíhá na straně parazita.
Co se týče genetických změn parazitů, lze rozlišit redukci informace (tj. přibývající nefunkční části v genomu, kdy proti těmto mutacím náhle prakticky nepůsobí selekce) a vlastní redukci genomu. Mikroorganismy bývají totiž selekcí tlačeny k tomu, aby jejich genom byl co nekratší (mj. proto, že je u nich podstatná rychlost reprodukce a kratší genom se stihne rychleji kopírovat). U některých virů pak dokonce najdeme vícenásobné čtení genomu, kdy se interpreter vždy jen posune o jednu bázi a dokáže přečíst třikrát tolik aminokyselin.
Některé bakterie v redukci svého genomu postupně dojdou až na 500 kilobází. Míra redukce genomu přitom přibližně odpovídá délce symbiotického vztahu s hostitelem, udává, “jak dlouho se už bakterie neživí samostatně”. Redukci genomu obvykle provází ještě další zajímavý jev, a to změna poměru bází v DNA. Ubývá dvojice CG na úkor AT.

Po určité době parazitování se genom mikroorganismu dostane do stavu, kdy se již prakticky nemění a nemůže se dále vyvíjet. Lze si to představit jako “dotočení Mullerovy rohatky” (nebo libovolného jednosměrného mechanismu), změny jsou nevratné a evoluce parazita prakticky končí.
Velmi zajímavé však je, že v několika případech došlo ještě k dalšímu vývoji – parazit/symbiont se de-facto stal integrální součástí hostitelského organismu, změnil se až na buněčnou organelu typu mitochondrie nebo plastidu. Jaká specifická situace vedla v dávném prekambriu k takovému vývoji však není známo.

autor Pavel Houser