Největším pracovištěm v České republice, které se zabývá nejen základním výzkumem vlastností mikroorganizmů (bakterií, kvasinek, hub a řas) a savčích buněčných linií, ale i možnostmi jejich praktického využití v medicíně či v průmyslu, je v současné době Mikrobiologický ústav AV ČR. Velkou pozornost věnuje několika skupinám hub, které mají velký význam pro člověka.

Ve zkumavkách, baňkách a Petriho miskách laboratoře genetiky a metabolismu hub, laboratoře environmentální mikrobiologie či laboratoře environmentální biotechnologie Mikrobiologického ústavu AV ČR výrazně převažují mikroskopické houby obecně nazývané plísně. Řadí se mezi ně kupříkladu štětičkovci z rodu Penicillium, z nichž se vyrábí penicilin, mohou se přidávat do půdy pro zvýšení její úrodnosti nebo jim vděčíme za chutné plísňové sýry. Říše hub skrývá i sněti či mikrosporidie, o jejichž schopnostech přiléhavě vypovídá jejich český název „hmyzomorky“, a mnoho podobných zástupců často nevábného vzhledu i jména. 

Vědci studují jak jejich škodlivé působení na rostliny, živočichy i lidi, tak i jejich diverzitu, evoluci a genetiku, především však určují a analyzují nepřeberné množství tzv. sekundárních metabolitů, což jsou chemické látky, které houby produkují buď mimobuněčně, nebo vnitrobuněčně. Každý druh jich může vytvářet i desítky a mohou mít nejrůznější účinky: odpuzovat hmyz, zvyšovat odolnost rostlin proti stresům, často mají dokonce antibiotické nebo protinádorové účinky.

Účinné látky z hub

Podle vedoucího laboratoře genetiky a metabolismu hub MBÚ dr. Miroslava Kolaříka houba produkuje rozmanité sekundární metabolity proto, aby si vyklidila prostředí od bakterií nebo rostlinných buněk. Některé nadto způsobují buněčnou smrt neboli apoptózu rakovinných buněk. Na vědcích je, aby účinné sloučeniny nalezli, popsali jejich působení a případně otevřeli cestu k jejich využití v medicíně, při ochraně rostlin apod. Například u jasanů nebo ořešáků studovali, jakým způsobem je houba zabíjí, aby pak bylo možné vyšlechtit odolnější stromy. 

Petriho misky v rukách Miroslava Kolaříka. Čistá houbová kultura je prvním krokem při poznání identity a potenciálního využití dané houby. (Foto: Stanislava Kyselová, AV ČR)

V uvedené laboratoři mají mimo jiné největší světovou sbírku parazitů travin z rodu paličkovice (Claviceps), kam patří např. paličkovice nachová (Claviceps purpurea), jež tvoří známý námel, obsahující alkaloidy, z nichž se vyrábějí léčiva – i tyto houby a jejich produkty jsou předmětem intenzivního výzkumu. Vědci dále popsali řadu látek s antibiotickými účinky izolovaných z jedné houby nalezené na jilmu.

Od kůrovce k antibiotikům a protinádorovým látkám

Možná překvapí, že v Mikrobiologickém ústavu studují i kůrovce. Přirozeně jim nejde o jeho vyhubení, nýbrž o houby, s nimiž kůrovec žije v symbióze: „Má je třeba v žaludku, nemohou mu jakkoli škodit, ale zároveň disponují obrovskou baterií metabolitů, které zabíjejí roztoče, háďátka, bakterie, dokážou selektivně zabíjet jiné druhy hub a podobně. To znamená, že musí produkovat biologicky aktivní látky směřující na nějakou dráhu, která je unikátní pro daný genom, není univerzální,“objasňuje Miroslav Kolařík.

A protože brouk a člověk se od sebe z tohoto hlediska zase tolik neliší, je podle jeho slov naděje, že by látky z hub na kůrovcích bylo možné použít jako léčiva. Sloučeniny zabíjející některé houby, aniž by ublížily člověku, mohou být potenciálním lékem na mykózy. Jiné, likvidující třeba rakovinné buňky a ponechávající současně nedotčené buňky zdravé, by mohly sloužit v boji proti nádorům atd.

Přes kůrovce se mikrobiologové dostali také k endofytním houbám z listnatých stromů. (Endofytní houby žijí uvnitř rostlin, berou si od nich některé látky a na oplátku je mohou chránit před různými patogeny či býložravci.) Izolovali z listnáčů několik kmenů a hledali v nich látky zajímavé pro medicínu. „Jeden měl extrémně velkou schopnost odolávat jisté houbě, která nám napadla laboratoř a všechny ostatní houby v ní zlikvidovala. Zato náš kmen přežil – proto jsme se dále zaměřili na jeho sekundární metabolity a identifikovali řadu látek málo známých nebo pro vědu nových,“konstatuje s potěšením Miroslav Kolařík. 

Dotyčná houba má název Quambalaria cyanescens – a výsledkem jejích chemických analýz je objev nejen sady antibiotických látek, ale – což je obrovský úspěch – dokonce i patentování nové látky s protinádorovými účinky. Vědci ji nazvali quambalarin B a pustili se do projektu, jehož cílem je hlouběji prozkoumat účinky objevených látek a posunout je blíž k terapeutickému využití. 

Hledání nových potenciálních léčiv vede mikrobiology i do neobvyklých míst, kde houby musí bojovat s krajně nepříznivými přírodními podmínkami nebo se silnou konkurencí, a proto se u nich dá předpokládat velká biologická aktivita, včetně antibiotické. Mohou to být kupodivu i extrémně kyselé půdy: ukázalo se, že houby v nich mají řadu mechanismů, jimiž bojují jak s výrazně kyselým prostředím, tak s konkurencí kolem sebe. Mikrobiologové nově nalezené extrémofilní houby (tedy houby žijící v extrémním prostředí) samozřejmě popsali i pojmenovali, a tak se objevily nové druhy a rody, jako je Acidiella bohemica nebo Soosiela minima, Acidothrix acidophilus a další. Odborníci si od nich opět slibují nové bioaktivní látky, např. ničící bakterie nebo nádorové buňky.

Houby pro biotechnologie

Velká očekávání kladou do hub i biotechnologové. Mnohé mikroorganismy – bakterie i houby včetně kvasinek – totiž dokážou vyrábět různé metabolity či enzymy v podstatě nepřetržitě a v neomezeném množství. Například houby z rodu Aspergillus jsou zdrojem enzymů používaných v pekařství. 

Plíseň Aspergillus niger s českým názvem kropidlák černý je rozšířená v půdě, ale často se objevuje i v domácnostech, kde působí škody na ovoci a zelenině. Podobně jako i jiné mikroorganizmy je současně zdrojem enzymů a jiných látek, které se používají v biotechnologiích, potravinářském či farmaceutickém průmyslu. 

Jedinečným fenoménem jsou houby nalezené při výzkumu jeskyně Movile v Rumunsku, která byla v důsledku tektonických posuvů uzavřena více než pět milionů let, takže v ní v podstatě docházelo k nezávislé evoluci. Vyskytuje se tu mnoho unikátních mikroorganismů a endemických druhů hmyzu a bezobratlých, přičemž nejextrémnější část jeskyně je tzv. chemolitotrofní. „Po miliony let do ní nepřišla žádná organická hmota zvenku a bakterie, které ji obývají, získávají energii mechanismy založenými na využívání anorganických látek. Na bakteriích pak rostou různé houby a bezobratlí. Následkem zmíněných procesů se zde vytvořila atmosféra obsahující 20 % oxidu uhličitého, další velkou část tvoří sirovodík a metan. A v tomto prostředí jsou houby schopné žít – stačí jim nesmírně málo kyslíku,“podotýká dr. Kolařík. 

Doplňuje, že takovéto mikroaerofilní houby rostoucí v prostředí s minimem kyslíku lze použít v bioreaktorech kupříkladu na výrobu biolihu. Při jeho výrobě je totiž nutné nejprve degradovat rostlinný odpad, třeba slámu, pomocí mikroorganismů dodávajících enzymy, které štěpí složité polymery celulózy nebo ligninu. Jenže stejné mikroorganismy už nedokážou vzniklou hmotu přeměnit na líh. Tuto práci musí v následném kroku odvést kvasinky právě v prostředí, kde je málo kyslíku. Pokud by existovaly houby, které dokážou rozštěpit celulózu a ze vzniklých jednodušších fragmentů posléze udělat líh, mohl by se přirozeně celý proces v bioreaktorech zjednodušit. Hub se zajímavými vlastnostmi a biotechnologickým potenciálem je v movilské jeskyni dost. „Moc pěkný je však i čistě základní výzkum, který se na nich dá dělat – může vygenerovat základní poznatky třeba o rychlosti evoluce hub.“

Houby navíc pomáhají různým živým organismům štěpit nebo strávit potravu, kterou by jinak nestrávily, nebo vyrobit látky, jež by si jinak samy vytvořit nedovedly, včetně některých sterolů, vitaminů nebo esenciálních aminokyselin a mastných kyselin. Výzkumy Mikrobiologického ústavu mohou dokonce pomoci každému z nás i v kuchyni, protože výzkumníci poznávají přednosti i slabiny hub, které dokážou přežít sterilizaci či pasterizaci a napadají zavařeniny nebo způsobují plesnivění jogurtů a jiných potravin.

Více k tématu rovněž v časopise A / Věda a výzkum.

Připravila: Jana Olivová, Odbor akademických médií SSČ AV ČR