Časopis Scientific Reports zveřejnil výsledky výzkumu vědců z Přírodovědecké fakulty JU a Botanického ústavu Akademie věd ČR o novém vztahu soužití řas a hub. Vědci zjistili, že jimi zkoumaný vztah je podobný lišejníkům, ale přesto jiný (zdá se jednodušší a méně závazný). Výzkum je zároveň ukázkou mezioborového přístupu několika vědců a pracovišť. Doc. Vondrák z Botanického ústavu je otcem myšlenky a odborníkem na lišejníky, který zajišťoval koordinaci výzkumu a terénní odběry. Dr. Jiří Kubásek s dalšími kolegy z Přírodovědecké fakulty JU provedli většinu fyziologických, metabolomických a molekulárně biologických měření.  A o co vlastně jde? Lišejníky jsou intimním vztahem houby a řasy či sinice. Řasa nebo sinice vládnou fotosyntézou a tak houbě „podstrojují“ cukříky a jiné organické dobroty. Houba zase partnera chrání a poskytuje mu dobré podmínky k fotosyntéze, ze které sama těží. Tahle symbióza je obdivována a studována vědci po staletí. Lišejníky žijí v tropech, ale i na pólech, kde nic jiného krom řas a bakterií nepřežije. Vydrží vyschnutí a extrémní teploty, připravují půdu pro složitější tvory, narušují horniny (skálu, ledovec) a uvolňují z nich živiny.  Alkobiózy jsou také vztahem řas a houby („Al“ z latinského označení řas – Algae a „ko“ jako korticioidní houba). Zelené řasy zarůstají živé a mrtvé dřevo, ale i jiné povrchy. Pokud se tedy někdo domnívá, že řasy bují jen ve vodě, je na omylu. Suchozemské řasy jsou skoro všude. Ve starých lesích, ale třeba i na zídce zahrady. Vydrží vyschnutí, ale po dešti či ranní rose pokračují v životním reji. Představme si řasový povlak na starém ležícím či stojícím kmeni v lese. Mnohdy začne takový povlak přerůstat houba. Houba placatá, takzvaně korticioidní. Zvláštní ale je že houba řasu často nezahubí. Nechá ji pod sebou žít. Řasa provádí fotosyntézu a pravděpodobně se i množí. Jaký mají partneři z tohoto soužití užitek? Vědci provedli řadu pozorování, terénních sběrů a fyziologických měření. Zjistili, že společenstvo řas pod danou houbou má přísně dané složení. To naznačuje, že jde opravdu o funkční soužití - symbiózu. Nemůže tam být cokoli, houba (nebo i řasa?) si vybírají, s kým budou ve vztahu.  Řasy pod (nebo uvnitř) houbových pletiv zůstávají aktivní, fotosyntetizují. Houba by je jistě svými enzymy dokázala zabít a těžit z výživnosti jejich buněk. Řasy jsou poměrně bohaté na bílkoviny, nukleové kyseliny, tedy na dusík a fosfor. Přesto to houby většinou neudělají, řasy nezabijí. Proč?  Přesnou odpověď zatím bohužel neznáme. Týmy doktora Kubáska a docenta Vondráka proměřily i to, zda řasy předávají asimiláty houbě. Takhle je to u každého pořádného lišejníku. Houba si organické látky sama vyrobit neumí, zatímco řasy fotosyntézou ano. Malý přenos byl zatím zjištěn jen u jednoho symbiotického systému. Výhodnost pro řasu můžeme pochopit snadněji. Prostě v houbě nevysychá tak snadno, je snad i stíněna před nebezpečným přímým sluníčkem a může tak fotosyntetizovat v ne tak extrémních podmínkách, jako kdyby rostla na povrchu dřeva sama. Užitek pro houbu je spornější. Snad i řasa může předávat houbě nějaké důležité látky nebo poskytovat jiné výhody. Antioxidanty, které neumí produkovat samostatně ani řasa, ani houba, byly např. nalezeny u některých lišejníků. V případě alkobióz je výzkum stále v počátcích.  https://www.nature.com/articles/s41598-023-29384-4

Vědci z Přírodovědecké fakulty JU pod vedením Jiřího Kubáska pomohli objasnit dosud málo známý přírodní proces, tedy obnovu povrchové ochranné vrstvy rostlin (kutikuly). Použili přitom inovativní metodu značení stabilními izotopy. Výsledky uveřejnil prestižní vědecký časopis New Phytologist. Výzkum je ukázkou spojení biologie a sofistikovaných analytických metod.  Rostliny nemají kůži. Přesto (nebo právě proto) potřebují ochrannou vrstvu. Ta se nazývá kutikula a její tloušťka se většinou měří v mikrometrech (tisícinách mm). Je to poměrně důmyslný nanomateriál. Makromolekulární síť z kutinu (složitě pospojované řetězce lipidů) ji činí pevnou. Právě tato tzv. matrix drží pohromadě třeba plod rajčete. Když plod oloupeme (pokožku spolu s pevnou povrchovou kutikulou), rajče se takzvaně „rozblemcne“. Selháním pevnosti kutikuly je třeba praskání plodů. Je to důsledek šlechtění na enormní velikost plodů a nedostatečně přizpůsobené kutikuly na tuhle velikost.  Matrix z kutinu je ale zároveň propustná pro vodu. Proto je napuštěna vosky. Kutikulu si lze představit jako voskovaný papír na potraviny, ale mnohem tenčí. Samotný papír je prodyšný. Povoskovaný už nepropustí vodní páru, ale ani oxid uhličitý – hlavní potravu rostlin. Aby rostlina nebyla odříznuta od svého okolí, má na povrchu malé uzavíratelné otvůrky – průduchy.  Kutikula je tedy pro přežití listů a dalších částí rostliny zásadní. Nemít kutikulu, list by uschl za krátkou dobu. Stále se ale nevědělo, jak kutikula roste s rostoucím listem a jestli se obnovuje i u listů, které dosáhly konečné velikosti. Není totiž list, jako list. Vezměme si takové zelí. Právě tam můžeme snadno vidět vosky jako sivé ojínění listů, které jde částečně setřít prstem. Listy tady plní funkci „fotosyntetické elektrárny“ jen pár měsíců, pak umírají. Ale např. u břečťanu, brusinky nebo smrku listy vytrvávají několik let. Musí se kutikula obnovovat? Nebo vydrží celou dobu života listu?  S cílem rozluštit tuto záhadu si Jiří Kubásek spolu s kolegy z Přírodovědecké fakulty JU vzali na pomoc stabilní izotopy. Zatímco radioaktivní izotopy se rozpadají, stabilní jsou stálé. Na rozdíl od radioaktivních izotopů se nerozpadají a při práci s nimi se tedy nemusejí dodržovat radiační předpisy. Uhlík je na Zemi ve dvou stabilních izotopech. Běžnější je uhlík 12, zkratkou 12C (6 protonů a 6 neutronů) a je ho asi 99 %. Asi stokrát vzácnější je 13C (6 protonů a 7 neutronů). Vtip je v tom, že se v živých tvorech chovají prakticky stejně. V dnešní době můžeme koupit třeba oxid uhličitý (CO2), kde je skoro veškerý 12C nahrazen 13C.  Kubásek a kolegové tedy nechali rostliny v „akvárku“ s přidaným těžkým CO2 (což znamená s uhlíkem 13C). A stačily dvě hodiny, aby si rostliny tenhle těžký oxid uhličitý vzaly a zabudovaly fotosyntézou do svých cukříků. Cukříky to ovšem jen začíná. Pak se 13C začne objevovat prakticky v celém těle rostlin. No, a pokud se začne objevovat v kutikule, znamená to, že byla vyrobena či obnovena až po přemístění rostlin do tohoto „těžkého vzduchu“.  Zjistili tak, že matrix roste jen během doby, kdy list zvětšuje svou plochu. U opadavých listů či jednoletek (třeba to zelí) se i ukládání vosků omezuje prakticky na dobu růstu listu. Pak už to, zjednodušeně řečeno, vydrží až do doby, než list opadne (nebo než to zelí sníme). U těch vytrvalých by to ale nestačilo. Musí se obnovovat a doplňovat, aby kutikula plnila svou funkci. U smrku jehličí vydrží až deset let, u agáve jsou to desetiletí co ty dužnaté, modře ojíněné listy žijí.  https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18716

Bakterie jsou na Zemi všudypřítomné a výrazně ovlivňují život všech živočichů, včetně člověka. Zároveň jsou schopné někdy až neuvěřitelné adaptace na okolní prostředí a svého hostitele. Proto je výzkum evoluce bakterií velmi důležitý pro pochopení toho, jaký účinek mohou mít na hostitelský organismus a jak se proti nim bránit či je naopak lépe využít v léčbě. Vědcům z Přírodovědecké fakulty JU se nyní podařilo dosáhnout ve výzkumu evoluce bakterií významného objevu, o čemž svědčí například i to, že objev zveřejnil prestižní vědecký časopis Microbiome. Práce vědců z PřF JU se týká wolbachií, velmi hojných baktérií, které se často vyskytují v mikrobiomech bezobratlých živočichů a projevují se širokým spektrem životních stylů od parazitismu po mutualismus, tedy oboustranně výhodnou symbiózu. Schopnosti wolbachií ovlivňovat organismus hostitele jsou přitom natolik fascinující, že se těmito bakteriemi zabývají v širokém měřítku vědecká pracoviště na celém světě. Některé druhy wolbachií například dokáží ovlivnit rozmnožování svých hostitelů, a to tak, že samečci určitých druhů hmyzu, nakažení wolbachiemi, mohou mít potomstvo pouze se stejně nakaženými samičkami. A tyto bakterie umí i jinými způsoby manipulovat s reprodukčním potenciálem hostitele. Některé wolbachie mají ale pro hostitelský organismus zásadně pozitivní význam, jsou to „mutualisté“, bez nichž se hostitel ve svém životě neobejde. Vědci z Přírodovědecké fakulty JU se ve svém výzkumu zabývali skupinou wolbachií označovanou písmenem F a mezi biology považovanou za biologicky obzvlášť zajímavou. Ačkoliv je tato skupina už dlouho v hledáčku různých vědeckých pracovišť, podařilo se jihočeským vědcům objevit v této skupině pomocí sekvencí DNA a fluorescenčního zobrazení pět dosud neobjevených kmenů wolbachií, a to v mikrobiomu čtyř druhů všenek. Pozoruhodný je však především fakt, že genomy těchto nově objevených wolbachií dosáhly různých evolučních stádií a představují dva pozoruhodně odlišné typy genomu symbionta. Zatímco první tři z těchto genomů se podobají jiným známým členům skupiny F, další dva jsou zřejmě v evoluční přeměně dále a vykazují známky pokročilé deaktivace a odstraňování genů. „Aby se v průběhu evoluce mohla stát wolbachie pro hostitelský organismus prospěšným symbiontem, postupně ztrácela některé geny, které se v tomto procesu ukázaly jako nepotřebné, případně by hostiteli mohly škodit. Genom se tak postupně zmenšoval,“ řekl portálu ScienceZoom vedoucí výzkumného týmu Václav Hypša. Příkladem takového „evolučního zmenšování“ genomu byl zejména symbiont „wMeur1“, jeden z pěti nově objevených kmenů wolbachií detekovaných jihočeskými vědci ve všenkách. „Genom kmene wMeur1 z mikrobiomu všenek představuje v současnosti nejmenší známý genom wolbachie a první příklad wolbachií, které dokončily proces zmenšení svého genomu směrem k co nejefektivnější symbióze s hostitelem,“ řekl Hypša. O tom, že se tento konkrétní kmen wolbachie skupiny F postupně přizpůsoboval soužití s hostitelským organismem, svědčí mimo jiné fakt, že „wMeur1“ převzal od jiných bakterií z vnějšku geny schopné produkovat pro všenky životně důležitý vitamín. „To poukazuje na to, že navzdory velkému množství a velké rozmanitosti známých kmenů wolbachie zůstává evoluční potenciál wolbachií nedostatečně prozkoumaný,“ píší autoři v závěru své zprávy. Objev jihočeských vědců otevírá cestu k dalšímu výzkumu těchto bakterií, které jsou pro své evoluční schopnosti předmětem vědeckého zkoumání na celém světě. Zkoumání toho, jak tyto bakterie přesně fungují a přizpůsobují se organismům svých hostitelů nebo ho samy ovlivňují, totiž může vést i k pokroku v medicíně či biologii. V případě objevu týmu PřF JU je navíc důležité, že pět různých nově objevených kmenů wolbachií skupiny F se nachází v různých evolučních stádiích a je tedy možné je mezi sebou porovnávat a dokumentovat směr evolučního procesu.

Prestižní vědecký časopis iScience zveřejnil výsledky výzkumu vědců Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity týkající se propustnosti různých typů voskových víček, kterými včely zakrývají buňky v plástech. Jihočeští vědci jako první na světě dokázali změřit propustnost těchto víček pro plyny a vysvětlit tak, proč se neudusí včelí plod a proč jsou naopak zásoby medu konzervované bez přístupu vzduchu. Studie představuje další krok ve snaze porozumět schopnostem včel a může mít v případě dalšího výzkumu i praktické využití. Sdělení, ke kterému došli vědci z PřF JU, je přitom na první pohled velmi jednoduché. „Včelí dělnice zakrývají komůrky ve voskových plástech různými víčky, podle toho, zda se v nich vyvíjí včelí plod nebo do nich dělnice ukládají zásoby medu,“ řekl portálu ScienceZoom jeden ze spoluautorů výzkumu Jiří Kubásek. V těch prvních totiž potřebují vyvíjející se larvy a pupy dýchat a komunikovat s okolím. Naproti tomu zásobní víčka musí být nepropustná, aby se zásoby nekazily. „Plodová víčka jsou zjednodušeně řečeno vyráběna dělnicemi schválně „děravá“, zatímco zásobní jsou z kompaktního vosku. Každý včelař dokáže očima odlišit plodové víčko od medového. Také tuší, že se vlastnosti těchto víček musejí lišit, protože každé zastává jinou funkci. Ale proč tomu tak je, zůstávalo dlouho záhadou,“ uvedl Jiří Kubásek. Nikdo dosud nezkoumal, jak velký je rozdíl v propustnosti těchto dvou typů víček, a co by se stalo, kdyby včely zakryly buňky opačně, tedy kdyby na víčko pro plod použily to medové. A právě k objasnění tohoto problému přispěla mezioborová spolupráce, kterou doktor Kubásek popisuje následovně: „Alena Bruce-Krejčí je molekulární bioložka, působící na PřF JU a na Biologickém centru AV, a nadšená včelařka. Už nevím, za jakých okolností se někdy na sklonku roku 2021 potkává se mnou, Jiřím Kubáskem, rostlinným fyziologem. Její zájem je právě v měření oxidu uhličitého (CO2), který včely dýcháním produkují a je pro ně důležitým signálem. Sama měřit CO2 neumí. Jiří Kubásek zase dobrých 20 let měří rostlinkám fotosyntézu, což není nic jiného než příjem CO2. Na druhou stranu nic neví o včelách.  Důležité ale bylo, že na měření CO2 a jeho prostup listem rostlin mají na jeho pracovišti, pochopitelně, citlivé stroječky. I přes tuto propast zájmů a zaměření nacházejí oba autoři společnou řeč a za rekordně krátkou dobu necelého jednoho roku publikují svůj výzkum. Nezasvěcenému to může připadat dlouho. Proto mu sdělím, že ve vědách o životě většinou od začátku experimentování do publikování výsledků uplynou dva až tři roky (někdy víc).  Takže co jsme zjistili? Že „děravá“ plodová víčka jsou přinejmenším 20x propustnější než zásobní. A naopak, kdyby se zásobní víčka dala na vyvíjející plod, tak by se udusil. Přijde vám to málo? Ano, mám tři omluvy: 1/ Jak už jsem psal jinde, Simona Stašová v Pelíškách by řekla „To ale muselo dát práce a přitom taková blbost“. Ale nikdo dříve to ještě neudělal a o inovativnosti je věda základního výzkumu především. 2/ Plánujeme pokračovat i praktičtějšími aplikacemi, ale o těch je ještě brzo mluvit. 3/ Za nejzajímavější stran geneze tohoto výzkumu považuji navázání mezioborové spolupráce. Proto jsem se o ní rozepsal poněkud více. Důležitost spolupráce vědců velmi různého zaměření se všude zdůrazňuje, ale není běžná, to fakt ne. A my to dokázali. Způsob, kterým včely zvyšují propustnost víček pro oxid uhličitý, je překvapivě podobný jako u mnoha jiných tvorů. Tak například listy rostlin jsou také pokryty voskem prostoupenou blankou - kutikulou. Ta je téměř nepropustná pro vodu a plyny a chrání rostlinu před vyschnutím. Aby ale mohla rostlina přijímat CO2 - svou hlavní potravu - , jsou na jednom mm2 povrchu listu desítky až stovky uzavíratelných otvůrků - průduchů. Když sečteme plochu všech těchto otvůrků, zjistíme, že většinou tvoří méně než 1 % povrchu listu. Velmi dobře to souhlasí s plochou otvůrků na plodových víčkách, která nám vychází asi 0,3 % plochy celého víčka. Podobně slepičí vejce obsahuje několik tisíc drobných otvůrků ve skořápce, která by bez nich nebyla dostatečně propustná a vyvíjející se kuřecí embryo by se udusilo. A konečně, hmyz a jiní členovci - třeba pavouci - jsou dobře přizpůsobeni životu na souši také vosky prostoupenou kutikulou na svém povrchu. Ta též brání vyschnutí, ale vznikla samozřejmě zcela nezávisle na kutikule rostlin. Tělo "hmyzáka" ovšem potřebuje také dýchat a to, jak si ze školy možná pamatujete, realizuje vzdušnicemi. Ty se opět otevírají do atmosféry drobnými uzavíratelnými otvory. Zajímavé je, že všechny tyhle adaptace vznikly nezávisle. Příroda prostě dokáže docela jednoduše udělat nepropustné vrstvy tím, že je napustí voskem. Když ale musí zajistit dýchání, fotosyntézu či jinou výměnu plynů, musí do nich udělat dírky. Jistě se ptáte, jak včely dělají do víček otvory, které jsou většinou mnohem menší, než je průměr lidského vlasu. To nikdo neví, ale je to jistě vhodné téma dalšího bádání. Každopádně nás včely i po desetiletí výzkumu stále umějí překvapit tím, co všechno dokážou.“