Student World

Protože mořský fytoplankton je velmi významnou součástí koloběhu uhlíku a primární produkce kyslíku na Zemi, stoupá zájem i o mechanismy, které mu v na živiny chudé vodě pomáhají získávat potřebné látky. Železo je jedním z prvků důležitých pro fotosyntézu a respiraci, protože je součástí systému pro přenos elektronů. Jak je ale možné přežít v podmínkách s extrémně nízkými koncentracemi této živiny? Pro tuto potřebu si mikrořasy evidentně musely vyvinout speciální mechanismy, které nám byly dosud neznámé. Díky výzkumu Roberta Šuťáka z katedry parazitologie a jeho zahraničních kolegů je tato záhadná opona již poodhrnutá.

Pro výzkum bylo vybráno 5 druhů řas z různých fylogenetických linií a žijících v odlišných ekologických nikách. Jsou to – Ostreococcus tauri, dosud nejmenší objevený eukaryot žijící v pobřežních vodách, Micromonas pusila, dominantní řasa v kanálu La Manche (obě z třídy Prasinophyceae), z rozsivek centrická Thalassiosira pseudonana a penátní Phaeodactylum tricornutum, jejichž geny pro metabolismus železa jsou díky genomickým studiím známé a na závěr slavná Emiliania huxleyi, nejčastější kokolitka ve všech světových oceánech.

Z výsledků pokusů s různými koncentracemi železa v médiu bylo zřejmé, že řasy jsou v akumulování železa velmi efektivní, nicméně ukázaly se rozdílné požadavky na minimální koncentrace Fe iontů v roztoku odrážející se v rychlosti růstu řas nebo rozdílné schopnosti v zásobování se železem za vysokých koncentrací. Např. T. pseudonana je schopna vychytat z roztoku až 70 % přítomného Fe, zatímco O. tauri jen 10 %. E. huxleyi na rozdíl od rozsivek zdárně prosperovala i za velmi nízkých koncentrací okolo 1nM. Toto indikuje rozdílné mechanismy získávání iontů z roztoku. Podmínky, jako jsou extrémně nízké koncentrace iontů, nicméně představují samotné fyzikální překážky k získávání tohoto potřebného kovu – je to nízká afinita k iontům Fe a jejich vysoká difuzní rychlost. Ze studie vyplynuly dvě hypotézy vysvětlující, jak se s tímto problémem řasy pravděpodobně vypořádaly:

1) Na povrchu svých buněk mají speciální proteiny s velikou příchylností k iontům Fe, díky nimž dojde ke zvýšení lokální koncentrace železa v blízkosti místa transportu. Tím se ulehčí i samotný přenos dovnitř organismu, který by byl normálně za tak nízkých koncentrací neefektivní.

2) Přestože většina mikrořas preferuje železnaté ionty před železitými, jsou tyto organismy schopny přijímat jak Fe2+ tak Fe3+ ionty bez ohledu na (ne)přítomnost redukujícího systému (redukce Fe3+ na Fe2+ a následný přesun železa dovnitř buňky). Proto je pravděpodobně běžný i „neredukční způsob“ získávání železa, již popsaný u organismu Chromera velia (Alveolata).

Micromonas pussila, foto E. FoulonV obou případech je navíc situace komplikována difuzí, kdy železo po redukci nebo vazbě na siderofor (molekula produkovaná mikroorganismy vychytávající Fe) může odplavat od buňky dříve, než je do ní přeneseno.

Co jsou konkrétní proteiny vážící železo na povrchu buněk je momentálně předmětem dalšího bádání v režii Roberta Šuťáka a jeho kolegů.

Robert Sutak, Hugo Botebol, Pierre-Louis Blaiseau, Thibaut Léger, François-Yves Bouget, Jean-Michel Camadro, and Emmanuel Lesuisse (2012) : A Comparative Study of Iron Uptake Mechanisms in Marine Microalgae: Iron Binding at the Cell Surface Is a Critical Step; Plant Physiology, Vol. 160: 2271–2284.

Zpracovala: Radka Nováková

Převzato z popularizační rubriky Přírodovědecké fakulty UK Praha

autor