113 vědců z 53 laboratoří ze 14 zemí světa se spojilo, aby vyvinuli genetické metody pro zkoumání mořských prvoků, a posunuli tak výzkum světových oceánů o další krok vpřed.

Rozsáhlou práci koordinovali molekulární biologové Drahomíra Faktorová a Julius Lukeš z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR, společné výsledky byly publikovány v jednom z nejprestižnějších vědeckých časopisů Nature Methods.

Dosud přehlíženým mikroskopickým organismům, kteří mají zásadní vliv na život na naší planetě, se tak nyní dostalo velké vědecké pozornosti.

Výzkum financovala především soukromá nadace amerického mecenáše Gordona Moora (Gordon and Betty Moore Foundation).

Poloviční plíce světa

Studie se zaměřila na různé druhy jednobuněčných eukaryot neboli prvoků. Ačkoli jsou tito mikroskopičtí obyvatelé moří často přehlíženi, představují klíčovou součást světového oceánu, bez nichž by život na naší planetě, tak jak jej známe, nemohl existovat.

„Mořský plankton produkuje polovinu kyslíku na Zemi, odstraňuje z atmosféry ohromné množství oxidu uhličitého a skleníkových plynů, rozhoduje o metabolismu oceánů a je významnou složkou potravního řetězce.

Je až s podivem, jak málo jsme toho dosud o mikroskopickém planktonu věděli,“ říká Julius Lukeš, ředitel Parazitologického ústavu BC AV ČR, jehož laboratoře pracují na výzkumu biologické rozmanitosti mořských prvoků.

Unikátní diplonema

Českobudějovičtí parazitologové se zaměřili na skupinu prvoků z rodu diplonem, protože jsou příbuzné se zde zkoumanými parazity.

„Když jsem poprvé začala pracovat s Diplonemou papillatum v roce 2004, byla to okrajová, obskurní záležitost, byly popsány jen asi další tři druhy.

Dnes už víme, že diplonemy patří mezi druhově nejbohatší a nejpočetnější skupiny mořského mikrosvěta s desítkami tisíc druhů,“ říká Drahomíra Faktorová.

Aby bylo možné detailně prozkoumat, jak se prvoci chovají, jakou funkci plní či jak působí na celý ekosystém oceánů, zaměřili se vědci na studium jejich genů.

Během téměř pětileté výzkumné práce se stovkami experimentů vytvořili z Diplonemy laboratorní model pro mořskou biologii.

„Popsali jsme přesnou laboratorní metodologii, jak provádět genetické analýzy u našeho modelu. Díky tomu může kdokoli studovat, jak fungují a k čemu slouží jednotlivé geny,“ upřesňuje Drahomíra Faktorová.

Světová elita a Budějovice

Do stejného úkolu, tedy připravit laboratorní modely dalších mořských prvoků, se pustilo i dalších 52 laboratoří z 14 zemí světa z prestižních výzkumných pracovišť a univerzit, mezi nimiž figurovaly např. i proslulé univerzity Cambridge, Harvard, Sorbonna, MIT či kalifornská univerzita v Berkeley.

Jejich společným cílem bylo popsat v souhrnné studii metodologické postupy, které usnadní přípravu dalších modelových organismů. „V práci jsou zahrnuty nejen metodologické úspěchy, ale zároveň i neúspěšné přístupy, které stály velké úsilí a prostředky.

Z 39 zkoumaných prvoků se podařilo vytvořit 22 modelových organismů, u sedmnácti se to zatím nepodařilo,“ shrnuje výsledky Drahomíra Faktorová, která společnou studii koordinovala.

Vědcům se podařilo poprvé geneticky transformovat 13 druhů, pro dalších osm druhů byly vyvinuty pokročilé genetické nástroje a také byl u jednoho druhu zrevidován již publikovaný transformační protokol.

Svou společnou práci vědci shrnuli pomocí „transformační mapy“, která poskytuje vodítko, jak vytvořit nové laboratorní modely prvoků. Prvním krokem je obvykle optimalizace kultivačních podmínek, následuje identifikace vhodných selekčních markerů.

Šance na vytvoření nového modelu se zvyšuje vždy, když funguje alespoň jedna ze širokého spektra metod ke vpravení exogenní DNA do buněk, k čemuž byly použity různé strategie. DNA integrovaná do hostitelského genomu je přepsána do RNA a poté do proteinů.

Přestože neexistuje univerzálně použitelný protokol a bylo použita řada metod, nejvyšší úspěšnost vykazovala elektroporace linearizovaných plazmidů.

Těchto 22 nově geneticky manipulovatelných druhů mořských prvoků nyní poskytne odrazový můstek pro studium funkcí nespočtu unikátních a neprobádaných genů, ukrytých v jejich genomech.

Čím více údajů máme, tím více se ukazuje to nečekané – zejména to, že mnoho procesů a struktur, považovaných za všeobecně platné a vysoce konzervované u každé eukaryotické buňky, se u těchto prvoků překvapivě liší, a to zpochybňuje náš učebnicový pohled na evoluci a diverzitu eukaryotického života.

Výsledky tohoto výzkumu umožňují vědcům ponořit se do tajemství všudypřítomných planktonních prvoků, z nichž mnohé lze považovat za „rostliny oceánu“ a za základ potravní sítě oceánů i života na Zemi.