Eliášův „vědecký hattrick“ sklízí ovoce: převzal prestižní cenu Neuron

Tým mladých ostravských vědců pod vedením docenta Marka Eliáše učinil v krátkém časovém intervalu hned tři objevy, které přepisují kapitoly učebnic genetiky. Za svůj přínos vědě tak 24. 5. 2017 Eliáš převzal cenu Nadačního fondu Neuron pro mladé vědce do 40 let doprovázenou prémií 250 000 korun.

Fascinující svět předků všech eukaryot – tedy předků všech lidí, zvířat, rostlin, hub a dalších. To je předmětem bádání docenta Marka Eliáše z katedry biologie a ekologie Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity. Tento článek vám představí, v čem spočívají jeho objevy. A brzy se také můžete těšit na rozhovor na OU@live s tímto biologem, který má k historickým kořenům blízko nejen ve vědě, ale i v životě.

Za tímto oceněním však stojí společná práce skupiny badatelů sdružených do Life Science Research Centre (dále jen LSRC) na Katedře biologie a ekologie Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity. Skupina se zabývá především studiem tzv. protistů – rozmanitým souborem eukaryotických organismů vykazujících unikátní vlastnosti. Jednou z nich je i tzv. nekanonické genetické kódování, jehož tři bezprecedentní formy ostravští vědci nedávno popsali v článcích publikovaných v prestižních zahraničních časopisech.

A co si laik může představit pod pojmem nekanonické kódování? Přeneseně řečeno vědci v LSRC objevili organismy, které přikládají některým „slovům“ genetické informace odlišný význam. Metaforou knihy si vypomůžeme i v následujícím výkladu.

Vědci si dlouhou dobu lámali hlavu nad tím, jakým způsobem je zajištěna kontinuita toku informací v živých systémech, tedy kde a jak je tato informace zapsána. Ukázalo se, že v pozadí tohoto jevu stojí nukleové kyseliny (DNA a RNA) uložené v buňkách organismů. Nukleové kyseliny si lze přeneseně představit jako knihy-kuchařky, v nichž je určitým jednoduchým způsobem zapsán recept na složení těl organismů. Jakým klíčem ale tyto recepty rozluštit? Objev tohoto klíče, tedy principu překladu genetické informace zapsané v molekulách nukleových kyselin do struktury těl organismů, a následné přečtení této kuchařky spustilo revoluci v přírodních vědách.

Základní stavební složkou všech organismů jsou totiž proteiny, z nichž se jejich těla skládají. Proteiny jsou složité molekuly a v buňkách se sestavují prostřednictvím složitého aparátu z 20 základních aminokyselin, jejichž přesné pořadí určuje jejich výslednou strukturu, vlastnosti a biologickou funkčnost. A právě toto pořadí je zapsáno ve struktuře nukleových kyselin, konkrétně v podobě pořadí tzv. nukleotidových bází. Ty jsou čtyři, označované písmeny A, C, T a G. Principiálně je pořadí aminokyselin v proteinu určeno pořadím trojic nukleotidových bází, tzv. kodonů.

Každý konkrétní kodon tedy určuje jednu konkrétní aminokyselinu. Zatímco existence 4 nukleotidů dává možnost kombinačně sestavit 64 různých kodonů, aminokyselin je jen dvacet. Proto některým aminokyselinám odpovídá více než jeden kodon. Existují však také 3 tzv. terminační kodony (UAG, UAA, UGA), které nekódují aminokyselinu, nýbrž ukončují proces překladu proteinu. Jsou tedy jakousi tečkou na konci kapitoly. Tento genetický kód se od svého objevení jevil jako univerzální, neboť byl platný pro naprostou většinu živých druhů od bakterie po člověka. Výjimky z pravidla však na sebe nenechaly dlouho čekat a brzy byly hlášeny objevy organismů, v jejichž genetickém kódu terminační kodony neukončovaly čtení, nýbrž kódovaly aminokyseliny.

Většina těchto objevů však popisovala změnu jednoho nebo dvou terminačních kodonů na kodony kódující konkrétní aminokyselinu. Vědci v LSRC však při studiu skupiny protistů zvaných blastokritidie objevili bezprecedentní variantu kódování, ve které se všechny tři terminační kodony mění na kodony kódující aminokyselinu. Zatímco terminační kodon UGA kódoval v tomto případě aminokyselinu tryptofan, zbylé terminační kodony UAA a UAG plnily v závislosti na své poloze v genu funkci terminační i kódující (pro aminokyselinu glutamát). Na detailním molekulárním vysvětlení tohoto jevu badatelé v LSRC dále intenzivně pracují.

Většina dřívějších zjištění alternativního genetického kódování rovněž popisovala koordinovanou změnu terminačních kodonů UAG a UAA na kodony kódující aminokyselinu. Vědcům se tak zdálo, že existuje pravidlo, že kodony UAG a UAA nemohou mít odlišný význam. Přestože tuto domněnku podporovalo několik nezávislých nálezů, našim vědcům z LSRC se podařilo objevit hned dvě další výjimky z pravidla. Ve spolupráci s pražskými kolegy podrobili rozsáhlé analýze nově popsaného bičíkovce Iotanema spirale, v jehož genomu mají kodony UAG a UAA odlišnou funkci.

Druhým organismem s alternativním genetickým kódem se stal náhodně objevený druh prvoka obývajícího ploštici Lygus hesperus. Tento doposud neznámý druh představuje zatím nepopsanou evoluční linii protistů v rámci širší skupiny Rhizaria a bude podroben dalšímu detailnímu zkoumání. Nezbývá tedy než popřát ostravským vědcům úspěch v dalším bádání a docentu Eliášovi poblahopřát k významnému úspěchu.

Kromě Marka Eliáše byl ale cenou nadace Neuron oceněn ještě jeden Ostravský rodák, který s Ostravskou univerzitou spolupracuje: Jiří Močkoř, student porubského Wichterlova gymnázia a vnuk emeritního rektora Ostravské univerzity profesora Jiřího Močkoře. Z tohoto ocenění si rovněž odnesl finanční obnos určený k dalšímu vzdělávání – a k tomuto účelu si vybral Ústav pro výzkum a aplikace fuzzy modelování při Ostravské univerzitě a začlenil se do týmu profesorky Iriny Perfiljevy. I jemu přejeme mnoho štěstí v dobře našlápnuté matematické kariéře!

více informací o ceně: http://www.nfneuron.cz/cs/cena-neuron;
laureáti ročníku 2017: http://www.nfneuron.cz/cs/cena-neuron/cena-neuron-pro-mlade-vedce/laureati-2017/;
medailon Marka Eliáše k této ceně: http://www.nfneuron.cz/cs/oceneni-vedci/laureati-ceny-neuron/2017/marek-elias/).