Většina organismů tvoří ve svých buňkách biokrystaly, u mikroorganismů to pak jsou nejčastěji krystaly purinů. Vyplývá to z výzkumu bioložky Jany Pilátové a jejích kolegů z Univerzity Karlovy (UK) a Biologického centra Akademie věd ČR (AV). Složení a funkce těchto krystalů byly dosud neznámé, výzkum by také mohl pomoci objasnit obecnější mechanismus jejich vzniku, řekla Pilátová. To by přispělo třeba k vývoji léčby řady lidských nemocí. Studii o výzkumu zveřejnil časopis z rodiny časopisů Nature: ISME Journal: Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology.
»Biokrystalizace je rozšířený jev. U obratlovců biokrystaly tvoří kosti a zuby. Naše tělo ale umí tvořit i krystaly, které jsou pro nás nepříznivé, například ledvinové nebo žlučové kameny. Ty ledvinové jsou tvořeny právě puriny, stejně jako v mikroorganismech,« řekla Pilátová. Podotkla, že tento typ krystalů má i významné optické vlastnosti. Díky nim lze pozorovat změnu barvy rybích šupin, kůže chameleona a pomáhají rybám vidět ve velkých hloubkách s minimem světla či pavoukovcům v noci. Výzkum biokrystalizace v mikroorganismech však bylo podle Pilátové »pole zcela neorané«.
»Hlavním objevem je, že purinové biokrystaly jsou univerzálně přítomné ve všech skupinách mikroskopických eukaryot od mikroskopických řas, přes symbionty korálových útesů, parazity, měňavky, hlenky nebo anaerobní symbionty ve střevech termitů,« vysvětlila Pilátová, která pracuje na Katedře experimentální biologie rostlin Přírodovědecké fakulty UK. Na krystaly v mikroorganismech přitom vědkyně narazila náhodou.
»Přišli jsme na ně v mikroskopických řasách z různého prostředí. To mě navedlo na myšlenku, že asi nebudou jen v řasách a zřejmě se jedná o obecně rozšířený jev. Neboť řasy vznikly několikrát, nezávisle na sobě a teď jsou navzájem příbuzné jako my a améby. Je to velice diverzifikovaná skupina,« uvedla Pilátová. »Takže jsem se rozhodla, že musím otestovat zástupce ze všech skupin celé ‚zoologické zahrady‘ neviditelných mikroskopických prvoků. Lovila jsem je i ve Vltavě nebo u moře. A opravdu, ve většině případů krystaly tvoří, a navíc ve většině případů jde o právě puriny,« řekla vědkyně. Podotkla, že otestovala přes 200 druhů ze všech skupin mikroskopických eukaryot.
Puriny Pilátová popsala jako univerzální biomolekulu, přítomnou i v lidské DNA. Vysvětlila, že v buňkách slouží třeba jako zdroj chemické energie a nově objevila, že je taky v podobě krystalů významnou zásobárnou dusíku. Puriny podle bioložky navíc díky své velké nerozpustnosti tvoří krystaly velmi snadno. »Přesný princip toho, jak biokrystaly v buňkách vznikají, je zatím stále velkou záhadou. Je to extrémně regulovaný proces,« upozornila bioložka.
Právě poznání vzniku biokrystalů je ale podle Pilátové nutné pro pokrok v medicíně i technologiích. »Některé z nejzávažnějších krystalizačních onemocnění jsou právě vyprovokovány puriny. Jedná se o narušení funkce ledvin krystaly kyseliny močové způsobující nefropatie nebo například o dnu, při které krystaly kyseliny močové způsobují bolestivé záněty kloubů. Trpí jí jeden z 25 lidí starších 50 let v západním světě. Vysoce nerozpustné krystaly purinů neumíme efektivně vylučovat, a proto nám způsobují tyto a další problémy,« vylíčila Pilátová. Poznamenala, že princip krystalizace kyseliny močové v lidském těle ani v prvocích zatím není znám, prvoci na rozdíl od lidí ale tyto krystaly »umí« i degradovat. To by tedy mohlo pomoci v léčbě zmíněných nemocí. Imitace vzniku biokrystalů by pak podle vědkyně znamenala i velký pokrok v materiálových vědách a v optice.
Při výzkumu Pilátové zásadně pomohla spolupráce s biofyziky na Matematicko-fyzikální fakultě UK a využití Ramanovy mikroskopie. »Umožňuje úplně jiný pohled na buňky a je snem pro každého biologa. Kombinace chemické analýzy se současnou mikroskopií buněk je ideální pro studium buněčných krystalů,« podotkla vědkyně. Metoda se využívá převážně v chemii, geologii či v materiálových vědách. »Díky ní jsem schopná identifikovat krystaly přímo v buňkách, ať už to byly modelové organismy nebo vzorky z prostředí – z rašeliniště, půdy, z Vltavy, z moře, z korálových útesů a podobně,« uzavřela vědkyně.
(čtk)
FOTO – nature.com/The ISME Journal/Jana Pilátová, tidsskriftet.no/ Marius Lund-Iversen