Paraziti kmene Apicomplexa (česky výtrusovci) zahrnují mimo jiné i rod Plasmodium, původce jedné z nejnebezpečnějších tropických parazitóz člověka, malárie. O těchto prvocích je známé, že obsahují zbytkový nefotosyntetický plastid se silně redukovaným kruhovým genomem. Z přítomnosti této původně fotosyntetické organely bylo logicky usouzeno, že předkem výtrusovců byla fotosyntetická řasa. Dlouho byla existence takové řasy pouze hypotetická. Týmu z Biologického centra AV ČR, v. v. i., a Jihočeské univerzity se ve spolupráci s kolegy z Austrálie, Skotska a USA podařilo takovou řasu izolovat a molekulárně charakterizovat. Řasa dostala jméno Chromera velia a dala též vzniknout novému kmenu v rámci skupiny Alveolata, Chromerida. Popis řasy a studie o jejím evolučním původu autoři publikovali v časopise Nature.
Apicomplexa (výtrusovci) představují jeden ze tří tradičních kmenů v rámci skupiny Alveolata. Výtrusovci tvoří značně diverzifikovanou skupinu převážně obligátních parazitů živočichů, včetně člověka a hospodářských či volně žijících zvířat. Nejznámější jsou Plasmodium falciparum, krevní parazit způsobující malárii, a Toxoplasma gondii, teratogenní parazit člověka. Tyto dva druhy zároveň reprezentují dvě skupiny výtrusovců, které obsahují redukovaný, nefotosyntetický plastid, nazývaný rovněž apikoplast. Zbývající bazální skupiny výtrusovců, jako jsou gregariny a parazité rodu Cryptosporidium, pravděpodobně plastid nemají. Je zjevné, že u těch výtrusovců, kteří plastid hostí, je nezbytný pro jejich přežití. Apikoplast obsahuje patrně více metabolických drah esenciálních pro parazita; nicméně hlavními kandidáty jsou syntéza mastných kyselin a ne-mevalonátová dráha pro syntézu isoprenoidů. Plastid apikomplex tak představuje ideální cíl pro antimalarickou terapii, která by zabila parazita a hostiteli by neublížila.Původ nefotosyntetického plastidu apikomplex se pokoušela zjistit nejen pomocí fylogenetické analýzy řada autorů. Na základě hypotézy formulované Thomasem Cavalierem Smithem (Oxford University) získala celá skupina Chromalveolata, tedy Alveolata (nálevníci, výtrusovci a obrněnky) a Chromista (např. rozsivky, Coccolithophora, zlatěnky a další), komplexní (sekundární) plastid prostřednictvím jedné sekundární endosymbiózy, procesu, při kterém byla pohlcena eukaryotická řasa heterotrofním eukaryotem a vyvinula se v organelu. Bylo zřejmé, že řasa pohlcená při vzniku chromalveolát byla ruducha; žádný z jejich sekundárních plastidů totiž neobsahuje chlorofyl b. Navíc fylogenetické analýzy jasně prokázaly, že plastidy chromalveolát vznikly pohlcením červené řasy. Neplatí to ovšem pro všechny beze zbytku. Plastid nalezený v obrněnce Lepidodinium viridae je zjevně pohlcený prasinofyt, tedy zelená řasa. Řada obrněnek hostí terciární plastidy vzniklé pohlcením jiného chromalveoláta, například haptofytní řasy, skrytěnky či rozsivky. Dalším varujícím znakem je fakt, že heterotrofní chromalveoláta jsou obvykle bazální k fotoautotrofním. Alveolata samotná jsou toho příkladem; heterotrofní nálevníci jsou bazální, obrněnky a výtrusovci tvoří odvozené sesterské skupiny. Uvažujeme-li tedy o původu apikoplastu, nabízí se jeho společný původ s plastidy obrněnek. Pokud přijmeme chromalveolátovou hypotézu, pak lze třímembránový peridininový plastid považovat za hlavního kandidáta na potomka původního chromalveolátového plastidu, jenž dal vzniknout této fascinující skupině jednobuněčných eukaryot. Předpokládá se, že peridininový plastid také sdílí společný původ s apikoplastem. Kdybychom jej ovšem chtěli porovnat s plastidem výtrusovců, zjistíme, že co se týče genomů, nemáme co srovnávat. Apicomplexa obsahují plastid s výrazně a navíc selektivně redukovaným genomem. Tvoří jej kruh o velikosti 35 kilobází, který již neobsahuje žádné fotosyntetické geny, pouze geny základního metabolismu a geny pro rRNA. Genomy peridininových plastidů zase kódují výhradně fotosyntetické geny a rRNA geny, které jsou navíc umístěny na minikroužcích. Obě tato uspořádání plastidového genomu výrazně ovlivňují kompozici nukleotidů v genech, která může v plastidech výtrusovců dosáhnout až 97 % A+T. DNA sekvence plastidových genů obou těchto skupin se velmi liší od ostatních plastidů, což dále ztěžuje, až znemožňuje smysluplnou fylogenetickou analýzu. A tak se původ plastidu apikomplex usuzoval spíše z pořadí genů v ribosomálním operonu, analýzy rRNA (červené řasy) či fylogenetické analýzy tufA genu a uspořádání jaderně kódovaných mitochondriálních genů pro cytochorm oxidázu (zelené řasy). Patrně nejsilnějším důkazem pro společný původ apikoplastu a původního plastidu chromalveolát v pohlcené červené řase je jaderný původ jaderně kódovaného genu pro glyceraldehyd-3-fosfát dehydrogenázu (GAPDH), jehož produkt je u chromalveolát stejně jako u výtrusovců cílen do plastidu.
V roce 2001 se Robertu Moorovi (University of Sydney) podařilo v rámci jeho doktorské práce zaměřené na izolaci symbiotických obrněnek rodu Symbiodinium (Alveolata, Dinophyta) získat z korálu Plesiastrea versipora v sydneyském přístavu tohoto zcela neznámého fotosyntetického prvoka. Jak dr. Moore sám přiznal, nikdo, ani renomovaní algologové a protistologové, nebyl schopen říci, co vlastně izoloval. Do laboratoří Parazitologického ústavu (dnes BC AV ČR) se Chromera velia dostala někdy na začátku roku 2004 spolu s částečnými sekvencemi některých genů. Začali jsme ji úspěšně pěstovat a po izolaci DNA a RNA se nám podařilo získat sekvence několika jaderných a plastidových genů pro fylogenetickou analýzu. Zároveň jsme identifikovali používání nekanonického genetického kódu UGA pro kódování tryptofanu v plastidu – jako zásadní znak, který je společný pro plastid chromery a kokcidií, jedné z podskupin výtrusovců. Připravili jsme také vzorky chromery pro elektronovou mikroskopii a pořídili obrázky nejen ze světelného mikroskopu (obr. A), ale i transmisní (obr. B) a skenovací elektronové mikroskopie. Australským kolegům se poté podařilo analyzovat pigmenty z plastidu chromery. Ukázalo se, že izolovaný prvok obsahuje morfologické znaky typické pro Alveolata, fylogenetické analýzy prokázaly jeho blízkou příbuznost k výtrusovcům. Plastid chromery je pak nejbližším známým fotosyntetickým příbuzným apikoplastu. Izolované stadium prvoka je plně fotosyntetická, nepohyblivá, kulovitá buňka o průměru 5–7 μm. Fylogenetické analýzy prokázaly, že Chromera velia se větví na bázi výtrusovců a její plastid sdílí společný původ s apikoplastem. Jedná se tudíž o nejbližšího fotosyntetického příbuzného parazitických prvoků kmene Apicomplexa.
Objev fotosyntetického prvoka Chromera velia rozšiřuje možnosti studia vzniku parazitismu u výtrusovců. Nejvíce informací by mělo v blízké budoucnosti poskytnout rozšifrování genomové sekvence tohoto nového prvoka. Chromera představuje ideální experimentální model. Její pěstování je totiž velmi snadné a levné. Kromě studia jaderného a organelárních genomů se chceme také zaměřit na výzkum životního cyklu chromery a na roli, jakou hraje v korálech.
Miroslav Oborník,
Biologické centrum AV ČR, v. v. i.,
Parazitologický ústav a Přírodovědecká fakulta Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích
English
