Fascinující svět málo probádaných organismů, jež přináší překvapivé objevy

Ostrava / 13. 03. 2014

O tom, že na Ostravské univerzitě působí velké množství odborníků respektovaných širokou vědeckou obcí v České Republice i mimo ni, není pochyb. Lze to demonstrovat i na úspěchu pracovníka katedry biologie a ekologie Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity, Mgr. Marka Eliáše, Ph.D., který v loňském roce získal cenu Učené společnosti České republiky v kategorii mladých vědeckých pracovníků. Marka Eliáše jsem požádala o rozhovor, aby nám svůj svět protistů přiblížil.

Mohl byste, pane doktore, přiblížit čtenářům, co je předmětem vašeho odborného zájmu?
Jsem biolog, tedy člověk, kterého zajímá fenomén života v celé jeho šíři a obecnosti. Život je ovšem fenomén opravdu komplexní a biologie jako věda je odpovídajícím způsobem rozmanitá a obsáhlá - dokonce bych si troufal tvrdit, že z tradičně vymezovaných disciplín je biologie tou nejširší a navíc se díky rychlému rozvoji výzkumných metod v posledních letech dále prudce rozrůstá. Nezbývá tedy nic jiného než se specializovat. V počátcích své odborné dráhy jsem si takříkajíc „sáhnul“ na zkoumání toho, jak fungují rostliny a jejich buňky, ale nakonec u mne zvítězil jiný předmět studia, a tím jsou takzvaní protisté. Asi se nespletu, když budu soudit, že je Vám tento pojem neznámý.

Marek Eliáš v pražském Karolinu při předávání ceny Učené společnosti České republiky. Foto: Stanislava Kyselová, Akademický bulletin.

Obávám se, že máte pravdu, moc ráda se ale poučím a naši čtenáři jistě také. Takže do toho: co to jsou ti „protisté“?
Běžná lidská zkušenost vede ke staletí tradovanému přesvědčení, že živé organismy se dělí do dvou skupin - rostliny a živočichové. Vynález mikroskopu ovšem v 17. století odhalil existenci ohromného světa mikroskopických tvorů, jejichž řazení k rostlinám nebo živočichům bylo zjevně poněkud násilné. Trvalo ale dvě staletí, než se někdo odvážil explicitně prohlásit, že vedle rostlin a živočichů existuje ještě jiná kategorie tvorů. Oním odvážlivcem byl německý biolog Ernst Häckel, který ve druhé polovině 19. století přišel s představou třetí „říše“ živého, již nazval Protista. Tento termín je etymologicky odvozen od řeckého „protistos“, tedy „prvotní“, a nelze si nevšimnout souvislosti s termínem „prvoci“, odborně „Protozoa“. Podstatnou část náplně Häckelovy skupiny Protista skutečně tvořily organismy, které nám školní osnovy donedávna tvrdošíjně představovaly coby „jednobuněčné živočichy“. Nebudu čtenáře unavovat líčením všech následných peripetií, kterými si pojem Protista do dnešních dnů prošel. Omezím se na dva důležité momenty, které přišly během 20. století. Prvním byl průlomový vhled, že to skutečně nejhlubší dělení napříč rozmanitostí organismů jde mezi tzv. prokaryoty, tedy v podstatě bakteriemi, a tzv. eukaryoty, tedy organismy vyznačujícími se oproti bakteriím složitější stavbou buňky. Druhým momentem pak byl rozvoj molekulární biologie a genomiky, který ukázal, že pravé rostliny (jako je např. růže, smrk nebo mech) a praví živočichové (např. pes, žížala nebo medúza) jsou vlastně jen dvě z mnoha stejně hlubokých a jedinečných větví evolučního stromu eukaryotických organismů. A právě těm eukaryotům, kteří nejsou ani živočichové ani rostliny, se dnes dohromady říká protisté, byť vlastně nepředstavují žádnou ucelenou a homogenní skupinu. Pro přesnost je potřeba ještě dodat, že z praktických a historických důvodů se mezi protisty nepočítají houby, které tak spolu s živočichy a rostlinami představují tři nejnápadnější a ekologicky nevýznamnější skupiny evolučně vzešlé z protistních předků.

Výborně, ale pořád si nejsem jistá, zda je pojem „protisté“ pro laika dostatečně srozumitelný. Mohl byste uvést konkrétní představitele těchto organismů?
Samozřejmě, stačí říci, že mezi protisty se počítají oni již zmiňovaní prvoci (mnozí si jistě ze školy pamatují měňavku úplavičnou, nálevníka trepku nebo původce spavé nemoci trypanosomu) a dále také nejrůznější řasy - od jednobuněčných „zelených kuliček“ po složité mnohobuněčné mořské chaluhy, u nichž se ovšem mnohobuněčnost vyvinula nezávisle na pravých rostlinách. Krásný příklad protista je krásnoočko - mrštný bičíkovec schopný pohybu připomínajícího malého červa, ovšem se zelenými chloroplasty provádějícími fotosyntézu. Ne nadarmo bylo možno donedávna slýchat vzrušující, ovšem v principu mylné tvrzení, že krásnoočka stojí na pomezí živočišné a rostlinné říše. Rád bych, aby si čtenáři z našeho rozhovoru odnesli poznání, že krásnoočko i další protisté prostě nejsou ani živočichové ani rostliny, nýbrž rozmanitá kolekce zcela svébytných typů vykazujících nejrůznější unikátní vlastnosti a pozoruhodné evoluční „vynálezy“.

Ano, tak teď už skutečně tušíme, co to ti protisté jsou. Proč ale věnovat úsilí výzkumu právě těchto organismů?
Moje osobní motivace je zcela idealistická - protisté jsou jednoduše fascinující a rozmanité, ovšem dosud stále málo probádané organismy a při jejich studiu lze často a poměrně snadno přicházet na překvapivé objevy. V prvé řadě je výzvou nedostatečně zmapovaná diverzita protistů. Nové a nové druhy i celé širší skupiny jsou objevovány a popisovány prakticky denně, moderní metody molekulární biologie navíc ukazují, že i relativně dobře známé a dlouho studované skupiny skrývají ohromné, dosud nepopsané bohatství druhů. Sám jsem se mohl podílet na popisu již několika nových druhů a rodů jednobuněčných řas. Druhým atraktivním aspektem biologie protistů jsou ony neobvyklé evoluční „vynálezy“. Mým oblíbeným příkladem je pozoruhodný fenomén tzv. sekundárních plastidů. Některé skupiny, skrývající se např. pod poetickými názvy skrytěnky, obrněnky či zlativky, ve svých buňkách obsahují plastidy (jinak též chloroplasty), které představují drasticky změněné původně samostatně žijící jednobuněčné řasy integrované do buněk jiných skupin protistů. Vnikly tak neuvěřitelně složité buňky, které jsou vlastně chimérou složenou z původně dvou odlišných a navzájem nepříbuzných organismů. Toto je mimochodem jedna z oblastí, kterou se s mými studenty a spolupracovníky zabýváme. Mohu-li uvést ještě jeden příklad překvapení, na něž lze při studiu protistů narazit, musím vzpomenout ojedinělou modifikaci jistého základního a obecně velice konzervovaného genetického procesu, kterou jsme nedávno objevili u protistního organismu zvaného Blastocystis. Tento organismus se hojně vyskytuje ve střevech lidí a je to potenciálně významný parazit, byť se o něm dosud ví velice málo. Objev takto unikátních vlastností jakéhokoliv parazita je vždy zajímavý i z praktického hlediska, protože se může stát základem pro vývoj léčiv bez závažných vedlejších účinků pro samotný lidský organismus. Zda tomu tak může být i v našem případě bych si ovšem nedovolil zatím spekulovat.

Tak se přece jen dostáváme k tomu, k čemu směřovala moje předchozí otázka: jaký význam má studium protistů pro „běžného smrtelníka“?
Vhledem k finanční náročnosti současného biologického výzkumu se takové otázce jistě nelze vyhnout, byť se vůbec nestydím za to, že mé vědecké snažení je primárně motivováno prostou touhou po poznání a objevování neznámého. Mohu Vás i případně pochybující čtenáře uklidnit - protisté jsou s každodenními životy lidí přímo či nepřímo těsně propojeni. Největší zájem z pochopitelných důvodů směřuje k nejrůznějším parazitickým formám působícím řadu závažných a obtížně léčitelných chorob - v prvé řadě malárie, ale i spavé nemoci, toxoplasmózy, nejrůznějších průjmových onemocnění. Mezi protisty patří i velké množství patogenů napadajících domácí zvířata nebo hospodářské plodiny. Jiné skupiny protistů např. mořské planktonní řasy nebo půdní prvoci, jsou významnými hráči ve fungování globálního ekosystému a jejich činnost přímo ovlivňuje zemské klima. Někteří protisté jsou odpradávna využíváni jako zdroj potravy (vzpomeňte třeba na sushi - to tmavé okolo je mořská řasa ruducha) a velká řádka dalších se stává předmětem intenzivního zájmu coby organismy perspektivní pro biotechnologické využití. Dovolte mi uvést příklad přímo související s mou vlastní prací. Před desetiletími byla popsána malá a nenápadná skupina jednobuněčných řas - tzv. eustigmatofyty, která dlouho stály zcela v ústraní zájmu a zdála se být bez většího teoretického nebo praktického významu. Postupně se však ukázalo, že někteří zástupci této skupiny ve svých buňkách akumulují velká množství zajímavých lipidických látek a dnes se investují obrovské prostředky do zvládnutí metod využívání těchto řas pro produkci biopaliv. My se touto skupinou zabýváme z hlediska jejich základní biologie a mohu prozradit, že nám stihla připravit již přinejmenším jedno velké překvapení otevírající zcela nový rozměr života těchto organismů.

Zástupce jedné ze skupin protist - eustigmatofytní řasa rodu Vischeria. Foto: Marek Eliáš.

Vaše nadšení pro protisty začínám sdílet! Prozraďte ovšem ještě, jak vlastně vypadá vaše zkoumání protistů. Pozorujete je třeba v mikroskopu?
K tomu se bohužel dostanu jen zřídka. Náš výzkum stojí především na využívání metod molekulární biologie, genomiky a bioinformatiky, což v praxi znamená, že většina práce spočívá v experimentech s molekulami DNA, RNA a proteinů, které extrahujeme z buněk protistů, a také v počítačových analýzách struktury těchto molekul. Snažíme se přitom využít zcela nové a široké možnosti, které přinesl explozivní vývoj v oblasti genomiky, především v oblasti metod sekvenování DNA a počítačových analýz genomových sekvencí. Jedná se o odvětví biologie, které má samozřejmě svůj obrovský význam daleko za hranicemi zkoumání protistů. Předloni jsme díky podpoře vedení Ostravské univerzity založili tzv. Life Science Research Centre se snahou vybudovat na naší univerzitě platformu pro realizaci ambiciózních projektů základního výzkumu v oblasti moderní biologie a biomedicíny. V tomto centru s kolegy zkoumáme různé zajímavé otázky právě s využitím metod genomiky a bioinformatiky. Tato oblast byla v České republice dlouho poměrně podceňována a dá se říct, že mnohé země, a to nejen tradičně silné vědecké velmoci jako USA a Veká Británie, ale dnes i Čína nebo Indie, získaly v oblasti rozvoje genomiky a bioinformatiy značný náskok, který se bude jen obtížně dohánět. Rádi bychom ke zlepšení této situace přispěli nejen samotnou vědeckou prací, ale chystáme se založit i nový magisterský studijní obor, v němž bychom připravovali novou generaci odborníků právě na genomovou biologii a bioinformatiku.

Věříme, že se to podaří, ostatně na svém kontě již řadu úspěchů máte. Mohl byste pro naše čtenáře uvést ty největší z nich?
Otázka je, jak chápat význam slova „úspěch“. Největší radost mám z některých snad celkem originálních myšlenek, k nimž jsem dospěl v rámci svého dlouholetého zájmu o jistou obrovskou skupinu genů, které se v odborné hantýrce říká „GTPasy Ras nadrodiny“. Je to skutečně pozoruhodná skupina, jíž je věnovaná ohromná pozornost, mimo jiné proto, že poškození některých zástupců je přímo spojeno s rakovinnými onemocněními. Mě však zajímá především evoluce této skupiny genů, a to zejména u mých oblíbených protistů. Asi nejdůležitější výsledek tohoto výzkumného směru je článek, který jsme s mými zahraničními spolupracovníky publikovali v roce 2012 v časopise Journal of Cell Science a v němž jsme pomocí nové metody zrekonstruovali hlavní obrysy evoluční historie jedné velké podskupiny Ras GTPas. Naše práce přinesla důležité doklady pro myšlenku podporovanou i dalšími současnými analýzami, že totiž všechna moderní eukaryota, tedy rostliny, houby, živočichové i všichni protisté, vzešli z překvapivě složitého předka a že významnou roli v evoluci jednotlivých skupin eukaryotů měla reduktivní evoluce, tedy ztráta genů a zjednodušování některých buněčných procesů. Toto téma mě teď začalo velice zajímat a rád bych se jím začal zabývat systematičtěji. Abych se však vrátil k Vaší otázce - z hlediska nezaujatého čtenáře mého životopisu se jako můj největší vědecký úspěch musí jevit několik článků o genomech různých protistů publikovaných v časopisech Nature a Science, tedy periodicích obecně považovaných za nejprestižnější vědecké časopisy na světě. Zde je ovšem potřeba podotknout, že všechny tyto články byly výsledkem práce rozsáhlých autorských kolektivů a moje role v těchto konsorciích nebyla vůdčí. Konečně z hlediska společenské prestiže je mým dosavadním největším úspěchem Cena Učené společnosti České republiky, kterou jsem v loňském roce získal v kategorii mladých vědeckých pracovníků právě za svoji práci na analýzách genomů protistů. Sluší se využít této příležitosti a znovu poděkovat členům Učené společnosti, kteří mne na tuto cenu navrhli, velice si tohoto ocenění vážím a je to pro mne závazek pro další práci.

Nedá mi, abych se u tohoto vašeho úspěchu ještě nezastavila. Cenu jste přebíral v pražském Karolinu oblečen do kroje. Proč jste zvolil tento neobvyklý oděv?
V Karolinu jsem absolvoval svoji magisterskou i doktorskou promoci oděn spořádaně do běžného společenského úboru. Tentokrát jsem ale do Prahy vyrážel již jako vyslanec našeho regionu a snažil jsem se, aby to bylo na první pohled patrné. V děkovné řeči, kterou jsem pronášel i za další oceněné kolegy, jsem se snažil poukázat na význam regionálních univerzit a na možné neblahé dopady zvažovaných reforem českého vysokého školství. Kroj měl i vizuálně podtrhovat obecně platné hodnoty, které v jednotlivých regionech vznikaly a nadále vznikají. Mé pohnutky však byly i osobnější - v tomto kroji jsem se ženil a považuji ho za svůj nejsvátečnější oděv, takže mi přišlo zcela na místě si jej pro tak významnou příležitost obléci.

Pochopila jsem správně, že máte zvláštní vztah k lidovým tradicím?
Ano, je tomu tak. S lidovou kulturou jsem spojený od dětství, přivedli mě k ní, stejně jako k mé další velké lásce - klasické hudbě, moji rodiče. Od svých jedenácti let až po vysokoškolská studia jsem pak hrál na housle v cimbálové muzice vedené MUDr. Čestmírem Ramíkem, který nás s obrovskou obětavostí vysloveně „vypiplal“ a udělal z nás muzikanty. „Strycovi“ Ramíkovi vděčím opravdu za hodně, bez něj by můj život byl i dnes o dost chudší. I když teď bohužel nemám čas aktivně v muzice hrát, lidovým písním se ve vzácných chvílích volna snažím věnovat nadále. A to nejen tak, že si je jednoduše prozpěvuju pro radost. Fascinují mě paralely, které lze pozorovat mezi proměnami písní v průběhu tradičního ústního předávání a mezi evolucí genů. Pojmy jako mutace, rekombinace, alignment, homologie a další, které používáme v biologii, se dají snadno přenést i do etnomuzikologie. Rád si pohrávám z myšlenkou provedení velké „evoluční“ analýzy obrovského objemu písňových záznamů, které byly na Moravě a ve Slezsku pořízeny v průběhu uplynulých dvou staletí, ale obávám se, že to by se mi mohlo podařit stihnout snad jen v nějakém paralelním životě.

Na závěr mi dovolte ještě jednu otázku: proč jste si za své působiště zvolil Ostravskou univerzitu a jak se vám zde pracuje?
Na to odpovím s chutí. S Ostravou jsem spjatý od narození, většina mých rodinných kořenů spadá do oblasti širšího Ostravska a mám to tady jednoduše rád. Když jsem pak odešel na vysokou školu do Prahy, brzy jsem se rozhodl, že se do Ostravy jednou vrátím. S Ostravskou univerzitou jsem začal externě spolupracovat ještě jako doktorand, od roku 2010 jsem zde začal působit na částečný úvazek a dnes je to mé kmenové pracoviště. Přiznám se, že přechod z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze nebyl bezbolestný. Z Prahy jsem byl zvyklý na přece jen citelně lepší podmínky pro vědeckou práci - a teď nemám na mysli jen otázku přístrojového vybavení a financí, ale i celkového naladění akademické obce i administrativního personálu. Musím ale říci, že situace na Ostravské univerzitě se rychle zlepšuje - máme novou budovu Přírodovědecké fakulty, z prostředků operačních programů a dalších zdrojů jsme vybudovali výborně vybavené laboratoře, akreditujeme nové doktorské studijní programy přivádějící mladé spolupracovníky s elánem. Klíčová je ale změna atmosféry, kterou na Ostravské univerzitě pociťuji - tvůrčí práce a kvalitní věda mezinárodních parametrů se stává tou ústřední hodnotou, o kterou by všem mělo jít. Pokud tento trend vydrží, jsem přesvědčen, že se naše univerzita bude moci důstojně řadit po bok tradičních „kamenných“ univerzit v České republice.

Děkuji za optimistický závěr i za celý rozhovor.