Jak se rozhoduje buňka? Odpovědi hledá vědkyně díky štědrému evropskému grantu

Prestižní evropský grant – ERC Consolidator získala molekulární bioložka Alena Zíková z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR. Evropská rada pro výzkum (ERC) na začátku června navrhla její vědecký projekt k pětiletému financování ve výši 2 milionů EUR. Alena Zíková bude studovat mechanismy, které umožňují komunikaci uvnitř buňky. Vzhledem k tomu, že se jedná o základní buněčný proces, budou mít nové poznatky přesah do mnoha odvětví biologie, včetně lidské medicíny. Můžou například pomoct rozkrýt podstatu zhoubných procesů, jako je stárnutí, neurodegenerativní nemoci či rakovina. ERC granty patří k nejprestižnějším v Evropě, v Biologickém centru AV ČR je v uplynulých letech získali další dva vědci a jedna vědkyně.

Uvnitř každé buňky probíhá čilá komunikace. Jádro buňky naslouchá buněčným organelám a na základě poskytnutých informací se rozhoduje, co dál podniknout. Možností je spousta, buňka se může rozdělit, nebo se změnit v jiný typ buňky, může „usnout“ a čekat na lepší vnější podmínky, či spáchat buněčnou sebevraždu. Jednou z nejdůležitějších organel, které mají na buněčný osud vliv, jsou mitochondrie. Tyto buněčné továrny poskytují buňce nejenom energii, ale také vyrábí řadu důležitých látek. Zbytku buňky neustále podávají zprávy o tom, jak se jim daří, co vyrábí a zda můžou dodat dostatek energie pro daná buněčná rozhodnutí.

Kyslíkové radikály – kdy jsou životně nezbytné a kdy škodí?

Informace se předávají pomocí nejrůznějších molekul. Jedněmi z nich, jak se teprve nedávno překvapivě zjistilo, jsou i reaktivní molekuly kyslíku (reactive oxygen species, ROS), nazývané také jako kyslíkové radikály. Ve vědě jsou tyto molekuly dobře známy, protože pokud je jich v buňce nadbytek, způsobují rozsáhlá poškození, tzv. buněčný stres, který může končit až smrtí buněk. Proto se také nadměrná produkce ROS molekul nejčastěji studuje ve spojení s řadou zhoubných procesů, jako je např. stárnutí, neurodegenerativní nemoci, či rakovina. Málo je však probádaná životně důležitá role kyslíkových radikálů v buněčné komunikaci. Navíc molekulární procesy, které ji doprovázejí, jsou dosud neznámé, ač se jedná o jeden z nejzákladnějších buněčných dějů.

Alena Zíková se ke studiu kyslíkových radikálů dostala vlastně náhodou při výzkumu jednobuněčného parazita Trypanosoma brucei, který způsobuje spavou nemoc. „Studovali jsme, jak se parazit mění z jednoho vývojového stádia do dalšího v mouše Tse-Tse, a protože se zaměřujeme na mitochondrii, všimli jsme si, že tato změna je spojená s vyšší produkcí radikálů kyslíku. To pro nás bylo velice zajímavé zjištění. Obvykle totiž tyto molekuly buňce škodí, ale v tomto případě jí pomáhaly, aby se z ní stal nový typ buňky,“ říká bioložka s tím, že bude řešit, jak radikály kyslíku tuto přirozenou buněčnou změnu provádějí.

Parazit jako pokusný králík

Použít k výzkumu vnitrobuněčné komunikace trypanozomu se ukazuje jako unikátní a elegantní řešení, které nabízí oproti klasickým modelovým organismům zřejmé výhody. Jednak je parazit tvořen jedinou buňkou, která se při vývoji přirozeně přeměňuje do různých buněčných typů, jednak má pouze jednu velkou mitochondrii (oproti např. buňkám savců, které jich obsahují desítky) a tato organela se během vývojových fází výrazně mění.

Tým Aleny Zíkové využije při výzkumu nejmodernější biologické metody a nástroje, k nimž patří hmotnostní spektrometrie nebo metodologie tzv. genetických nůžek (CRISPR/Cas9). Geneticky modifikovaní paraziti ve spojení s různými látkami umožní cíleně měnit množství kyslíkových radikálů v mitochondrii i v cytoplasmě tak, aby vědci mohli sledovat, jaké změny to u parazita způsobí.

Nové poznatky pomůžou i v medicíně

Díky ERC grantu mají českobudějovičtí vědci jedinečnou příležitost využít svých bohatých zkušeností s modelovým organismem Trypanosoma brucei, a přispět tak k objasnění základních molekulárních mechanismů buňky. „Tím, že se jedná o natolik základní a evolučně starý proces, bude stejný pro ostatní organismy, včetně člověka. Jsme přesvědčení, že naše poznatky budou mít velký přesah a umožní objasnit hranici mezi tím, kdy jsou kyslíkové radikály životně důležité pro správnou funkci buňky a kdy už naopak škodí,“ vysvětluje Alena Zíková. Tyto informace v budoucnu pomůžou rozkrýt podstatu nemocí, které způsobuje stres a nadprodukce reaktivních molekul kyslíku, a budou velice důležité při studiu účinků různých antioxidantů a jejich využití v léčbě řady lidských onemocnění.

O výzkumný grant ERC Consolidator, jehož cílem je řešit velké vědecké otázky, v tomto roce usilovalo celkem 2 652 vědců působících v 42 zemích napříč celou Evropou. Z celkového počtu 313 úspěšných žadatelů jich nejvíce uspělo v Německu, Itálii, Francii, Velké Británii a Španělsku. V České republice získali v tomto roce ERC Consolidator pouze dva vědci. Vedle Aleny Zíkové to byl Pavel Plevka z výzkumného centra CEITEC Masarykovy univerzity.

Kontakt:

RNDr. Alena Panicucci Zíková, Ph.D.
vedoucí Laboratoře funkční biologie protist, Parazitologický ústav Biologického centra AV ČR
e-mail: azikova@paru.cas.cz

Mgr. Daniela Procházková
referentka publicity, Biologické centrum AV ČR
e-mail: daniela.prochazkova@bc.cas.cz

Přečtěte si také

• Na dynamiku buněk má zásadní vliv protein MICAL1, kontroluje buněčný cytoskelet
• Vědci objevili nové druhy vzácných hub. Dovedla je k tomu analýza arzénu
• Veřejná podpora míst ve školkách se stále vyplatí: analýza výnosů a nákladů
• Ledovcové želvušky ukazují, jak fungují extrémní ekosystémy
• Vědci popsali fungování bílkoviny nezbytné pro zdárný průběh těhotenství
• Začíná 15. ročník mezinárodní konference o rentgenové optice v astronomii
• Rozvoj poškození v cementové maltě ukazuje časosběrná rentgenová mikrotomografie
• Antidiabetika umí pomoci i s onemocněními srdce a jater
• Průlomová studie mapuje proces zotavení mozku po mrtvici
• Prestižní grant ERC míří do Olomouce: podpoří výzkum morfogeneze rostlin