Impulsgeber pro lékařský a biotechnologický pokrok: Jsou modrozelené řasy malými superhvězdami zítřka?

Na obrázku jsou Dr. Michelle Gehringer (vlevo) a její magisterská studentka Katharina Ebel (vpravo). Fotografie může být bezplatně použita v rámci zpravodajství. (Zdroj: TUK/Koziel)

Syneobakterie jsou starší než lidstvo a hrají klíčovou roli v oběhu látek na Zemi: fixují oxid uhličitý a pomocí fotosyntézy produkují kyslík. Že v modrozelených řasách je ještě větší potenciál, chce nyní dokázat tým vědců z TU Dresden spolu s Dr. Michelle Gehringer z TU Kaiserslautern a vědci z Hochschule Kaiserslautern. Rozlušťují genetický materiál mikroorganismů, aby zjistili, zda a jak je lze využít jako producenty pro ekonomicky a medicínsky cenné účinné látky. Za tímto účelem získal tým jeden z prestižních sekvenačních grantů od Joint Genome Institutes (JGI), USA.

Pro lidské oko jsou syneobakterie například viditelné při horkých řasách na povrchu koupališť. Kromě toho tvoří také viditelné krusty nebo barevné povlaky na kamenech či na dně nebo žijí symbioticky v rostlinách. Co je v přírodě činí tak cennými: „Modrozelené řasy osídlily Zemi ještě před rostlinami a zásadně přispěly k tomu, že život, jak ho známe, vůbec mohl vzniknout,“ vysvětluje Dr. Michelle Gehringer, která vede skupinu Geo- und Umweltmikrobiologie na TUK. „Díky své schopnosti provádět fotosyntézu způsobili takzvanou ‚kyslíkovou katastrofu‘. Najednou se do atmosféry dostaly velké množství kyslíku.“

Gehringer zkoumá syneobakterie již více než 20 let. „Během své doktorské práce v Jižní Africe jsem již začala studovat modrozelené řasy a vedlejší metabolity, které uvolňují,“ říká vědkyně narozená v Anglii. „Známé jsou například toxické látky, které se během řasové bouře dostávají do vod. Můj zájem se soustředil především na otázku, jak a za jakých environmentálních podmínek organismy tyto takzvané sekundární metabolity produkují.“ Od té doby se vědkyně zaměřuje na biologickou rozmanitost modrozelených řas a jejich schopnost přizpůsobit se extrémním klimatickým podmínkám. V současnosti zkoumala velké množství kmenů v přírodě, kultivovala je v laboratoři a nakonec „sbírku“ přenesla na TU Kaiserslautern.

Využití modrozelených řas jako „fabriky účinných látek“

Schopnost modrozelených řas, kromě důležitých metabolických látek, produkovat i další biologicky účinné látky, nyní Gehringer využívá ve spolupráci s kolegy v rámci genomového projektu. V prvním kroku rozluští tým genetický materiál celkem 40 kmenů syneobakterií, aby zachytil celý potenciál přírodních látek. Pomocí metod syntetické biologie a biotechnologie mají být získané informace následně využity k cílenému objevování nových účinných molekul. Cílem je, jak a za jakých podmínek je možné, aby řasy ve velkém měřítku produkovaly užitečné a ekonomicky významné látky. V době rostoucí rezistence na antibiotika a pandemií virů doufají vědci především v klíčové poznatky pro medicínský pokrok.

Protože Gehringer syneobakterie nebo „tajné hrdiny“ historie Země zná jako nikdo jiný, přizvali je do týmu Dr. Paul D’Agostino a Prof. Dr. Tobias Gulder (z katedry technické biochemie na TU Dresden a hlavní žadatelé o genomový projekt). Jejich úkolem v projektu je: spolu s jejich magisterskou studentkou Katharinou Ebel připravit takové bakterie, aby následně mohlo JGI určit jejich DNA sekvence. A zkoumá, jaké optimální podmínky výroby musí být nastaveny, aby syneobakterie mohly plně rozvinout svůj potenciál.

„Tento projekt velmi dobře zapadá do našich výzkumných zaměření,“ shrnuje Gehringer. „Výjimečnou spojnicí je skupina Prof. Nicole Frankenberg-Dinkel, která zkoumá například pigmenty zodpovědné za fotosyntézu u syneobakterií. Především červený pigment, světlem indukovaný ‚Chlorofyl f‘, který umožňuje syneobakteriím i ve stínu produkovat kyslík.“

Odpovědi na otázky:

Dr. Michelle Gehringer
Tel.: 0631 205-2199 / 0174 9173561
E-mail: mgehring@bio.uni-kl.de