Deník N

Když má bakterie hlad, je schopná lecčeho. Třeba zabudovat do RNA molekulu, která tam vlastně nepatří

Foto: Ludvík Hradilek, Deník N
Foto: Ludvík Hradilek, Deník N

Výzkumná skupina dr. Hany Cahové v pražském ÚOCHB jako první na světě ukázala, že do RNA v živé buňce se mohou zabudovávat malé signální molekuly. Na konkrétním příkladu vědci ukázali, jak takový mechanismus funguje a k čemu buňce slouží. Vyřešili tak hádanku starou přes padesát let.

Když řekneme, že přírodní věda postupuje vpřed po malých krůčcích, je to pravda. Ale zároveň to je strašlivé klišé, které laikovi zcela zastře, oč v laboratořích a vědeckých pracovnách vlastně jde a jak to vypadá: namísto dobrodružství, nejistoty a hledání si představí jakousi rutinní úředničinu, putování v zaběhnutých kolejích. Namísto práce, která je smělá i detailně piplavá, vyžaduje podrobné znalosti i schopnost doplnit je fantazií, spatří laik… co vlastně? Pár lidí v bílých pláštích, kteří slévají různobarevné tekutiny a napjatě čekají, jestli to vybuchne? Možná; tak přece věda vypadá v televizi.

Zapomeňte na to. Podíváme se společně na skutečný příběh jednoho „malého krůčku“. Představoval čtyři roky života desetičlenného týmu. Na začátku byla myšlenka, na konci prozatím publikace v jednom z neprestižnějších odborných časopisů – což znamená, že vědecké společenství ten malý krůček akceptuje, že ho včleňuje do stavby, se kterou započali Galileo a Newton a Darwin. Je to krůček, který někdo musel udělat, aby stavba pokračovala. Možná je jeho význam právě jen v tom. Možná otevře cestu někam, kde to vědci ještě neznají, do končin, o nichž teď nemáme tušení. Předem to nikdy nevíte. Napřed tomu musíte dát ty roky práce – a i to je nejistá sázka.

O objasnění funkce tzv. signálních molekul, „alarmonů“, v bakteriální buňce jsme hovořili s dr. Hanou Macíčkovou Cahovou, která v pražském Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR vede skupinu zaměřenou na chemickou biologii nukleových kyselin. Dnešního dne byla čtyřletá práce jejího týmu prozatím završena publikací v Nature Communications.

(Biochemie, bioorganická chemie, medicínská chemie, chemická biologie; do jisté míry a při pohledu z velké dálky je to všechno totéž. Živé organismy fungují díky neustále probíhajícím chemickým reakcím, propleteným do složitých schémat. Hovoříme-li o chemické biologii, znamená to, že zkoumáme organismus – v této souvislosti většinou samotnou buňku – chemickými metodami, že si všímáme jednotlivých látek, které se v biologických systémech vyskytují. Důraz se přitom často klade na menší molekuly, zatímco doménou klasické biochemie jsou hlavně bílkoviny, tedy velké molekuly tvořené desítkami tisíc atomů.)

Ornamenty na molekule RNA

Paní doktorko, zkusíme si napřed popsat podstatu vašeho objevu co nejjednodušeji?

Náš tým se zabývá především RNA modifikacemi. To jsou, když to řeknu vysloveně naivně, takové přívěsky na molekule RNA, ribonukleové kyseliny. Pro laiky se to dá říci tak, že v DNA je zapsán genetický kód, předpis, jak budete vypadat, zatímco z proteinů se pak skutečně vytvoří podoba a fungování organismu, tedy viditelný projev kódu. Informaci z DNA do proteinů musí něco přenést a upravit. Tím poslem a překladatelem je právě RNA. Kromě toho má i jiné funkce, například regulační – tam už to začíná být komplikovanější.

Hana Macíčková Cahová (1981). Ing., Ph.D. Od roku 2016 vede skupinu zaměřenou na chemickou biologii nukleových kyselin v ÚOCHB AV ČR v Praze. Jako postdoktorand pracovala v ÚOCHB a předtím na univerzitě v Heidelbergu. Doktorskou práci vypracovala v ÚOCHB, jejím školitelem byl profesor Michal Hocek. Inženýrský titul má z pražské VŠCHT v oboru organická chemie.

Ano, takhle se to učí na střední škole. Molekuly DNA a RNA, tedy nukleových kyselin, jsou vlastně hodně podobné, genetický kód je v nich zapsán pomocí takzvaných bází…

…a ty jsou v obou těchto molekulách stejné nebo skoro stejné. Je to čtyřpísmenný kód, DNA používá báze, kterým říkáme A, C, G a T. RNA má namísto T neboli thyminu maličko jinou bázi, které říkáme uracil a značíme ji U.

Ale kromě toho, a tím se vracím na začátek, bývá RNA modifikovaná. To znamená, že na těch bázích má různé přívěsky, ocásky. Ty mají samozřejmě nějakou funkci, jenže ne vždy zjevnou. V současné době známe takových modifikací asi sto sedmdesát. O některých víme, co dělají, u některých to ani netušíme. Přítomností „ocásků“ se RNA výrazně liší od DNA, kde jsou modifikace na bázích vzácné. Známe tam jen dvě. DNA je daleko stabilnější, pomáhají jí k tomu proteiny, které se kolem ní obalí a chrání ji. Tohle RNA nemá.

V tom je významný rozdíl. DNA může neporušená vydržet tisíciletí, zatímco nestabilnější, reaktivnější RNA má poločas rozpadu v řádu minut, někdy sekund.

Právě tohle nejvíc zajímá mou výzkumnou skupinu. Původně jsme si mysleli, že ideálním modelovým organismem pro studium RNA modifikací jsou viry. To se ale zatím příliš neosvědčilo, proto jsme přešli na bakterie, z nichž se dá získat velké množství chemického materiálu ke studiu.

Zatímco virus, pokud si to dobře pamatuju ze školy, mívá zpravidla jen jednu molekulu nukleové kyseliny.

Není to docela pravda, poznání se od té doby dost rozšířilo. Některé viry jsou složité. Například virus HIV si balí s sebou, do své částice, vedle svého základního genetického kódu také různé útržky, fragmenty RNA. Proč to dělá, to zatím nevíme. Chřipkové viry zase mívají svou RNA rozdělenou na šest až osm částí.

Ale v bakteriích to je jistě ještě složitější.

Je, ale dovedeme z nich dostat velké množství čistého materiálu, což je u viru obtížné. To se ukázalo jako rozhodující výhoda. Proto jsme začali pracovat s bakterií E. coli, což je v podobných výzkumech základní modelový organismus. Tak základní, až vzniká dojem, že na ní už není co vyzkoumat. Což není pravda.

Když hledáme RNA modifikace, snažíme se je nejen zmapovat, ale také pochopit, proč tam vlastně jsou. Je to přece zvláštní věc: proč buňka investuje tolik energie, aby velmi důkladně opracovala molekulu, která má tak krátkou životnost? Za takové chemické procesy bakterie platí energií a té má omezené množství. Musí mít nějaký důvod, ale často ho neznáme.

Jen abych si to uměl představit: jak z bakterie, což je izolovaná, uzavřená buňka, dostanete RNA ven?

Na to existují protokoly, tedy ustálené a osvědčené postupy. Buňka se rozbije, celý obsah vyteče a my umíme zachovat neporušenou RNA a odstranit všechno ostatní.

Hana Cahová: „Proč buňka investuje tolik energie, aby velmi důkladně opracovala molekulu, která má tak krátkou životnost?“ Foto: Ludvík Hradilek, Deník N

Ta RNA je pak ovšem směsí všech možných variant a modifikací.

Ano, to je. A co víc, mohou tam být také malé molekuly, které jsou RNA velmi podobné, ale přesto se od ní liší. V literatuře jsme takové molekuly našli. Jsou známy od roku 1967, tedy přes padesát let. Jsou to takzvané dinukleosid polyfosfáty, zkráceně označované jako alarmony. Název pochází od toho, že se ve zvýšené míře objevují, když je organismus vystaven zátěži. Nebylo ale jasné, jak to přesně dělají. A právě na to jsme přišli, to je podstatou našeho objevu. Podívejte, jak

Tento článek je exkluzivní obsah pro předplatitele Deníku N.

Věda

V tomto okamžiku nejčtenější