Jak se včelí larvičce splní její sny o královské koruně?

Výzkum, kterým jsme o krok blíže k řešení, jak mohou vlivy životního prostředí změnit náš genetický software i hardware.

Výzkumníci odhalili rozsáhlé molekulární rozdíly v mozku včelích dělnic a královny (víc než 550 genů), které se vyvíjejí díky různým dietám odlišně. Důležitá je i metabolická dráha hormonu inzulinu.

„Neuvěřitelná věc je, že jak královna, tak dělnice jsou stvořeny ze stejného genomu,“ říká profesor Florian Wolschin, z College of Liberal Arts and Sciences Arizonské Státní University.

„Tak jak je to možné?“ Co přesně způsobí rozdílná dieta budoucích královen a dělnic? Přinášíme vám nyní výsledky dvou velmi zajímavých výzkumů, které se přiblížily k vysvětlení této záhady

Označkovaná DNA

Výzkum vedl profesor Ryszard Maleszka z Australské národní univerzity spolu s kolegy z německého Institutu pro výzkum rakoviny (DKFZ) v německém Heidelbergu.

Jejich práce ukazuje poprvé složitost životním prostředím ovlivňovaného chemického „značkování DNA“ nazvaného metylace DNA. Ta má schopnost ovlivňovat genovou expresi (to, které geny se přepisují a jsou aktivní) beze změny pořadí genetického kódu.

Střih na královnu

Tým profesora Maleszky zjistil významné souvislosti mezi místy metylace DNA (navázání metylové skupiny) a tím, jakým způsobem se řídí další přepis a překlad genetické informace.

To má stejný účel, jako když se sestřihává film, aby výsledek měl přesně ten smysl, jaký je třeba.

Podle některých přepsaných úseků se pak mohou v buňkách tvořit různé funkční bílkoviny, právě podle toho, jak se upraví výchozí DNA. No a tím by mohlo být zřejmě určeno, která včela se vyvine jako reprodukce schopná královna a která jako sterilní dělnice.

Inzulinová dieta

Podobnou záhadu studoval také tým profesora Floriana Wolschina, ten se ale věnoval rozdílům na úrovni metabolických a regulačních drah.

Zjistili, že významnou úlohu při vývoji včelích kast hraje hormon, který známe dobře i z lidské biochemie – inzulin. Díky složení mateří kašičky (viz rámeček) měli inzulin v podezření a potlačili funkci jednoho z klíčových proteinů v tomto procesu.

Vybrali si jeden z receptorů inzulinové dráhy (IRS, mimochodem spojený s růstem, vývojem a reprodukci u myší). Pozměněné larvičky krmili „královskou dietou“, ale bez funkčního IRS proteinu se z nich stejně vyvinuly dělnice.

Kromě receptoru IRS ještě identifikovali souvislost s juvenilním hormonem (řídí přeměnu larvy v dospělce), DNA metyltransferázou (tady je stopa ke druhé studii) a enzymem (kinázou) označovaným TOR.

Co mají se včelami společného lidé?

„Musí to být souhra mezi různými mechanismy, která nakonec vyústí v odlišnou funkci královen a dělnic,“ říká profesor Wolschin. Dalším směrem výzkumu je hledání spojení těchto různých faktorů, z nich některé pravděpodobně slouží jako hromadné regulátory a vypínače.

Včely jsou velmi důležitý modelový systém, který nám může pomoci pochopit naši vlastní biologii. Pro zajímavost – starší pokusy vedly k úspěšnému zastavení mnoha symptomů stárnutí včel. To také není obvyklý výsledek.