Objav by mohol v budúcnosti pomôcť pri produkcii cenných látok závislých od fotosyntézy.
Baktérie Sediminicoccus boli izolované v tejto rieke na severe Islandu. Zdroj: David Kaftan
Baktérie v chladnom polárnom potoku získavajú energiu zo svetla, no odborníci zatiaľ nedokázali odhaliť, ako ich fotosyntéza vlastne funguje. Miliardy rokov starú záhadu sa preto pomocou molekulárnych metód snažia rozlúštiť českí vedci. Objav by mohol v budúcnosti pomôcť pri produkcii cenných látok závislých od fotosyntézy.
Fotosyntéza je proces, pri ktorom rastliny a iné organizmy premieňajú anorganické látky na organické s využitím svetelnej energie a chlorofylu.
Schopnosť fotosyntézy majú nielen rastliny, ale aj sinice a dokonca i niektoré baktérie. Tento proces sa na Zemi začal pred viac ako troma miliardami rokov, teda dávno pred tým, ako sa v atmosfére objavil voľný kyslík.
Sinice začali produkovať kyslík ako vedľajší produkt fotosyntézy približne pred 2,5 miliardy rokov. Zatiaľ čo pre mnoho foriem života je kyslík nevyhnutný, pre organizmy, ktoré vykonávajú fotosyntézu, predstavuje hrozbu, pretože reaktívne formy kyslíka môžu poškodiť ich bunkové štruktúry.
Aby sa baktérie s týmto problémom vyrovnali, vyvinuli si celý rad ochranných mechanizmov. Takzvané purpurové baktérie sa uchýlili do prostredia bez kyslíka, samy ho neprodukujú a zostávajú anaeróbne rovnako ako staroveké formy života.
Iné fotosyntetické baktérie si zvykli na okysličené prostredie, ale počas dňa prestávajú produkovať nový baktériochlorofyl, pri ktorého syntéze vznikajú škodlivé voľné radikály. Svoje fotosyntetické systémy vyrábajú iba v noci.
Svetlo za polárnym kruhom trvá celých 24 hodín
Okrem toho si všetky fotosyntetizujúce organizmy vyvinuli ďalšie obranné prostriedky, ako sú silné antioxidačné zlúčeniny, napríklad karotenoidy, ktoré chránia ich fotosyntetický aparát pred oxidačným poškodením.
„Za polárnym kruhom je v lete svetlo po celých 24 hodín. Aeróbne baktérie dokážu svoj fotosyntetický aparát vyrábať a ochrániť tak, aby ho nepoškodzovalo svetlo a kyslík. My sa teraz snažíme odhaliť mechanizmy, ako je to vôbec možné a ako to robia,“ povedal David Kaftan z Centra Algatech Mikrobiologického ústavu AV ČR v Třeboni.
Baktérie, tvoriace koralovočervené kolónie, ktoré opísal, patria do rodu Sediminicoccus a pochádzajú z malej riečky na severe Islandu. Je zrejmé, že tieto polárne baktérie, ktorých rodokmeň siaha až do prahôr, si vyvinuli unikátny regulačný systém, ako minimalizovať poškodenie metabolizmu kyslíkovými radikálmi.
Kolónie baktérie Sediminicoccus. Zdroj: David Kaftan
„Pokiaľ tieto polárne baktérie vystavíme svetlu, prvé dve hodiny zaznamenáme výrazný pokles syntézy fotosyntetického aparátu, potom sa však znova obnoví a v priebehu niekoľkých hodín dosiahne pôvodnú intenzitu. Všetky dosiaľ známe aeróbne fotosyntetické baktérie počas osvetlenia postupne vyblednú vplyvom úplného zastavenia syntézy fotosyntetického aparátu a pozvoľného ničenia ich pigmentov kyslíkovými radikálmi. Také bunky potom potrebujú tmu, aby vyrobili podľa svojej DNA nové enzýmy na syntézu pigmentov. Čo je večer vyblednuté, nájdeme ráno vo sviežich farbách. Polárna fototrofná baktéria však zostáva pigmentovaná a fotosynteticky aktívna i počas konštantného osvetlenia,“ opísal Kaftan správanie tajomných baktérií.
Moderné metódy molekulárnej biológie
Na rozlúštenie záhady odolného fotosyntetického aparátu, ktorý príroda vymyslela pred miliardami rokov, používajú juhočeskí vedci molekulárne techniky RNA sekvenovania. Rutinne sa používajú len posledných zhruba desať rokov.
Pomocou nich vedci zisťujú, ktoré gény sa v danom okamihu v bunke prepisujú z templátu DNA a v akom množstve sa budú podľa novonasyntetizovanej RNA vyrábať proteíny. Na základe tohto profilu je možné zistiť, ako reaguje bunkový metabolizmus na podnety a aké regulačné cesty sa v danej chvíli aktivujú.
Aj keď ide zatiaľ o základný výskum, třebonskí molekulárni biológovia z Centra Algatech majú aj predstavu o budúcom možnom praktickom využití.
„V biotechnológii by sa znalosť regulačných a riadiacich mechanizmov dala použiť pri produkcii cenných látok závislých od fotosyntézy. Momentálne sú svetlo a kyslík niekedy limitujúce, ale mohlo by sa podariť upraviť metabolizmus produkčných mikroorganizmov tak, aby sme bunky pred ním ochránili a zvýšili produkciu požadovaných látok,“ doplnil Kaftan.
Zdroj: AV ČR
(af)
