Žralok malohlavý zná recept na dlouhověkost, dožívá se více než 400 let

Narodil se zřejmě už v době Williama Shakespeara, přitom dodnes proplouvá hlubokými vodami chladného oceánu. Žralok malohlavý nebo též žralok grónský (Somniosus microcephalus) je jedinečným tvorem na Zemi, dožívá se totiž prokazatelně více než 400 let. Jak to dělá? Co se skrývá v jeho genetické informaci? Podívejme se na to při příležitosti Dne žraloků, který připadá na 14. července.   

Nestává se často, aby tým českých molekulárních biologů a bioinformatiků lovil žraloka. Vlastně je to velmi podivuhodná představa. Přesto jde o reálný příběh loňské čtrnáctidenní expedice u islandského ostrova Heimaey. Cílem bylo získat alespoň malý vzorek DNA žraloka malohlavého (neboli grónského). Jeho genetická informace v sobě totiž skrývá tajemství naprosto výjimečné dlouhověkosti.

„Jsme spíše laboratorní krysy, které se do terénu běžně nedostanou. Pro mě osobně byla expedice na Islandu první podobnou zkušeností,“ vzpomíná po více než půl roce Václav Brázda z Biofyzikálního ústavu AV ČR v Brně. Není zoologem, který by se zabýval výzkumem oceánských živočichů, žralok malohlavý si ho získal vyloženě díky své výlučné genetické výbavě.

Dlouhodobým předmětem vědeckého zájmu brněnského vědce je protein p53, kterému se přezdívá „strážce genomu“. V buňce má funkci senzoru poškození DNA a reguluje expresi genů, které mohou kontrolovat růst buněk i jejich stárnutí. Chtěli tedy zjistit, jestli se bude tento protein u grónského žraloka odlišovat od jiných živočichů.

Plavba pro vzorek
V genetické databázi, do níž vkládají údaje vědci z celého světa, lze najít informace o DNA mnoha organismů. Žralok malohlavý v ní ale dosud chyběl. Čekání, až někdo jiný získá potřebná data, přišlo vědcům jako velmi špatná strategie, takže se rozhodli získat si vzorek k analýze přímo v místě jeho výskytu. Smělý projekt expedice k islandským vodám podpořil Nadační fond Neuron.

V srpnu 2022 na „lov žraloka“ vyrazil pětičlenný tým sestávající z vědců z Brna a Ostravy. Pomyslným kapitánem lodi a koordinátorem výpravy byl Václav Brázda. Martin Bartas z Ostravské univerzity připravoval itinerář a měl na starosti bioinformatickou analýzu dat. Jeho kolegové ze stejné instituce Adriana Volná a Jiří Červeň se zabývali zejména přípravou vzorků, izolací a charakterizací nukleových kyselin a následnými sekvencemi. Pětici doplňovala Michaela Dobrovolná z Vysokého učení technického v Brně, která vedla expediční deník a analyzovala genomová data. 

Vše se nakonec odehrálo trochu jinak, než si tým plánoval, a také závěr mise byl poněkud odlišný od původní představy. „První noc po našem příjezdu bylo zemětřesení pátého stupně, probudil jsem se a ve zdi vidím puklinu. Tři dny nato vybouchla sopka a při bouři, kdy byly vlny větší než šest metrů, s námi i zkušený místní mořský vlk odmítl vyjet na moře. Dost nám to zkomplikovalo časový plán a nestrávili jsme na lodi tolik času, kolik bylo potřeba,“ vzpomíná dnes Václav Brázda.

Václav Brázda na průzkumné lodi s návnadou na žraloka

Domů bez vlastního žraloka
Čerstvé maso žraloka malohlavého je pro člověka toxické a jíst se dá až po složitých úpravách, ale ani tehdy není žádnou pochoutkou. Na Islandu se proto už několik desítek let neloví. První kroky týmu expedice z České republiky tak vedly do malé rybářské vesničky Bjarnarhöfn, kde se nachází muzeum lovu žraloků malohlavých. Provázel je muž, jehož dědeček byl prý posledním aktivním lovcem tohoto gigantického druhu paryby.

Vybaveni několika cennými radami se výzkumníci vydali na ostrov Heimaey, který je mimochodem také největším hnízdištěm papuchalků severních. V místním přístavu prošli základním výcvikem obsluhy lodi, přichystali masovou návnadu, háky a sítě a vypluli. Byli prý první lodí po dlouhých sto letech, která na oceán vyplula vysloveně s cílem najít a ulovit žraloka malohlavého! Výhodou čerstvě chyceného zvířete by byla kvalita vzorku, z nějž by se dala izolovat DNA i RNA. Bohužel, přes opakované pokusy se cíl nezdařil, žraloka se nepodařilo nalákat.

Vědci přesto zcela s prázdnou neodjeli. „Naštěstí pro nás občas nějací žraloci grónští uvíznou ve velkých rybářských sítích loveckých společností, takže takto oklikou jsme získali alespoň nějaký vzorek vhodný pro analýzu nukleových kyselin,“ říká Václav Brázda. Nadto navázali spolupráci s místními vědci, kteří slíbili, že jim dají vědět, jakmile se zase nějaký žralok v rybářských sítích objeví.

Vědecký tým Václava Brázdy na Islandu

Pětimetrová babička
Žralok malohlavý (Somniosus microcephalus) není žádný drobeček. Může dorůst do délky přes šest metrů a dosáhnout hmotnosti kolem jedné tuny. Žije v hlubokých chladných vodách oceánu, a možná i proto byl dosud spíše opomíjeným předmětem vědeckého zájmu. Což je s podivem, vzhledem k jeho výjimečnosti. Podle dosud získaných dat je zřejmě nejdéle žijícím obratlovcem na planetě.

V roce 2016 o něm v časopise Science vyšla rozsáhlejší studie. S využitím metody radiokarbonového datování se podařilo blíže určit jeho možné maximální stáří. Z analýzy vzorků očních čoček 28 samic vyšlo najevo, že pohlavní zralosti dosahují přibližně ve 150 letech, věkové rozpětí zkoumaných zvířat bylo více než 270 let. U největší samice, která měřila přes pět metrů, odhadli vědci věk na 272 až 512 let.

Vedle výjimečné dlouhověkosti je dalším zarážejícím faktem jejich skvělá kondice – téměř se jim vyhýbají neurodegenerativní a nádorová onemocnění. „S nadsázkou se dá říct, že proti lidem nepotřebují tito žraloci žádné nemocnice ani pečovatelskou službu, kde by se o jedince v pokročilém věku starali, aby žili déle. Oni jsou stále aktivní, i když mají stovky let,“ říká Václav Brázda.

Grónští žraloci se vymykají nejen ve světě obratlovců celkově, ale i ve skupině vlastních příbuzných. Většina jiných druhů žraloků se dožívá desetkrát nižšího věku a liší se i způsobem života. Žraloka si většinou představíme jako divokého nebezpečného predátora, ten grónský se ale za kořistí nehoní. Raději pomalu vyčkává na mršiny, výjimečně napadne ve vodě spící ploutvonožce, především tuleně. Nač dělat prudké pohyby, když má na všechno času dost.

Moravští vědci navštívili před plavbou místní muzeum žraloka malohlavého.

Puzzle s miliardou dílků
Václav Brázda spolu s kolegy z Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity už dříve objevil specifické sekvence proteinu p53 u dlouhověkých organismů. Proto byli velmi zvědaví, jestli podobné anomálie, nebo ještě další, najdou také u grónského žraloka.

Přímo na Islandu s sebou měli malou polní laboratoř, ve které zpracovali kus darované žraločí svalové tkáně a izolovali z ní část DNA vhodnou pro pozdější sekvenace. Hlavní porce práce pak nastala po příletu do České republiky. „Pomocí sekvenování nové generace jsme získali obrovské množství dat – jde o stovky miliard písmenek genetické informace. Jednotlivé dílky se snažíme seřadit tak, aby dávaly smysl. Je to podobné, jako byste skládali puzzle, jenže v tomto případě vám chybí předloha,“ připodobňuje Václav Brázda.

První dílčí výsledky už ale jsou a týkají se například právě zmiňovaného proteinu p53 – onoho strážce genomu, který souvisí se stárnutím organismu. Při srovnávání p53 u žraloka malohlavého a u jiných organismů vyšlo najevo, že se liší konkrétně v oblasti takzvaného L2 loopu, kterým se protein váže k DNA.

Proteinů, jež můžou ovlivňovat proces stárnutí, je ale v tělech živočichů více. „Zajímavé je, že sekvence některých z nich jsou velmi podobné jak u žraloků, tak u lidí. U jiných jsou naopak nečekaně velké rozdíly. Ukazuje se to například u jednoho z těch, které mají na starosti stárnutí – u H2AX proteinu,“ říká Václav Brázda. H2AX krátkověkého žraloka a člověka jsou si relativně podobné, zatímco žralok malohlavý se od obou liší.

Další plány
Jelikož genom žraloka malohlavého dosud nikdo dopodrobna nezkoumal, přináší práce týmu Václava Brázdy jedinečné inovativní výsledky. Vědec plánuje, že je sepíše do podoby odborného článku a nechá otisknout v některém z prestižních časopisů. Zároveň má v úmyslu se na Island vrátit, aby získal čerstvý vzorek DNA žraloka malohlavého. Spolu s kolegy z Ostravské univerzity nyní připravuje žádost o větší mezinárodní projekt s tímto cílem.

Výsledky analýzy „proteinů dlouhověkosti“ jsou přínosné nejen pro vyluštění záhady výjimečného genomu grónských žraloků, ale výhledově také pro lidskou medicínu. Bylo by lákavé poznat jeho „lektvar“ dlouhého života a v podstatě bezvadného stáří.

Loni v létě vypuklo na začátku expedice českých vědců na Islandu zemětřesení. Způsobí jednou v budoucnosti vědecké zemětřesení i výsledky analýzy vzorků, které na místě odebrali? Pokud se genetickou hádanku islandské paryby podaří dokonale rozluštit a využít až za desítky či stovky let, my už u toho nebudeme. Náš žraločí současník ale nejspíše ano.

Text vyšel ve čtvrtletníku Akademie věd ČR A / Věda a výzkum 1/2023.

1/2023 (verze k listování)
1/2023 (verze ke stažení)

O výzkumu Václava Brázdy z Biofyzikálního ústavu AV ČR jsme natočili také Podcast Akademie věd ČR (autorka: Jitka Kostelníková):

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Shutterstock, Nadační fond Neuron, Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR

 Text a fotografie jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Jak se mozek zotavuje po mrtvici? Odpovědi přináší studie českých vědců
• Čirok produkuje unikátní pyl. Může být cestou k pěstování odolnějších plodin
• Jak opravit míchu: Kristýna Kárová zkoumá možnosti obnovy nervových buněk
• Prodělali jste černý kašel? Přihlaste se do unikátní studie českých odborníků
• Jak buňky reagují na stres? Tým zpřesnil popis vzniku protistresového proteinu
• I v oddělení biologie nádorů může být sranda, říká Veronika Vymetálková
• Vědci z Akademie věd popsali, jak fungují molekulární nůžky na stříhání RNA
• Vědci odhalili mutace, které spouštějí leukémii. Jejich objev může pomoci léčbě
• Změny v DNA a karcinogenní účinky: I to může odhalit toxikologický inkubátor
• Ječmen „live“: Češi jako první na světě umí živě sledovat dělení jeho buněk