Vědci poprvé sekvenovali celý genom koaly a analyzovali více než 26 tisíc aktivních genů, uvádí list. Nature Genetics. To vědcům umožnilo pochopit, proč mohou medvědi vačnatci jíst jedovaté listy eukalyptu, aniž by jim ublížili, jak si pro sebe vybrali vhodnou stravu a jak se naučili chránit mláďata a dospělé před infekcemi.
koala (Phascolarctos cinereus) dnes jediný zástupce rodiny koala, který žije v Austrálii. Koaly jsou nejbližšími příbuznými vombatů, jejich společný předek žil asi před 30–40 miliony let. V dávných dobách bylo na kontinentu 15-20 druhů těchto zvířat a současné druhy se objevily asi před 350 tisíci lety. K dnešnímu dni jsou známy tři poddruhy. Jeden z nich žije v Queenslandu, na severovýchodě kontinentu, další dva – na jihu a jihovýchodě země. Předchozí studie (ačkoli byly provedeny před více než 20 lety) ukázaly, že dva ze tří poddruhů mají nízkou genetickou rozmanitost a vysoké procento příbuzenské plemenitby.
Samice koaly porodí po 35denní březosti nedostatečně vyvinuté mládě a dalších šest měsíců stráví mládě v matčině plodovém vaku. Koaly jsou v potravě velmi selektivní: živí se téměř výhradně listy eukalyptu a z 600 druhů eukalyptů jich preferuje asi 30. Zvířata získávají téměř všechnu vodu z listů, takže do jídelníčku zařazují ty druhy eukalyptů, jejichž listy obsahují alespoň 55 procent vody. Protože listy mají nízký obsah kalorií, zvířata potřebují sníst až 400 gramů listů denně a šetřit energii. Spí asi 20 hodin denně a většinu zbývajících čtyř hodin jedí. Listy eukalyptu nejsou příliš atraktivní potravinou, a to nejen pro svůj nízký obsah kalorií. Obsahují sloučeniny, které jsou pro většinu ostatních zvířat extrémně jedovaté. Koaly se jim přizpůsobily, a tak se prakticky vyhnuly potravní konkurenci. Jak se však přizpůsobili jedovaté potravě a jak rozlišili vhodné stromy mezi obrovskou rozmanitostí druhů eukalyptů, bylo dosud nejasné.
Aby vědci z Koala Genome Consortium odpověděli na tyto a další otázky (například jak se chrání před infekcemi a jak lze tento druh zachovat v budoucnu), sekvenovali celý genom medvěda vačnatce. Tým výzkumníků, který v současnosti tvoří 54 vědců ze sedmi zemí pod vedením doktorky Rebeccy Johnsonové, zahájil práci v roce 2013 a část výsledků již zveřejnil.
V nové práci vědci prezentují přímo výsledky sekvenování genomu a analýzy 26 558 aktivních genů, které jej tvoří. Ukázalo se, že genom koaly je větší než lidský genom (3,42 oproti 3,2 miliardám párů bází), ale obsahuje méně chromozomů (16 oproti 23 párům).
Vědci zjistili, jak se vačnatci přizpůsobili své jedovaté stravě. Ukázalo se, že mají mnohem více genů kódujících proteiny z rodiny cytochromů P450 než ostatní zvířata. Tyto enzymy oxidují různé látky a přeměňují je na metabolity rozpustné ve vodě, které se rychle vylučují močí. Ukázalo se, že koaly produkují cytochromy v mnoha tkáních, včetně jater. Ochrana však měla i stinnou stránku – cytochromy rychle rozkládají antibiotika podávaná nemocným koalám.
Geny také umožnily vysvětlit schopnost zvířat rozpoznat požadovaný druh eukalyptu. Zjistilo se, že koaly mají 24 genů odpovědných za rozpoznání hořké chuti – největší počet mezi australskými vačnatci. Navíc se ukázalo, že mají šest genů kódujících vomeronazální receptory, které dokážou detekovat pach nepříliš těkavých látek. Pro srovnání, vačnatec a šedá krátkoocasá vačice mají každý jeden takový gen, zatímco ptakopysk a klokan je nemají vůbec. Koaly jsou také schopny vnímat „chuť vody“ – rozpoznat obsah vody v listech eukalyptu. Naučili se to zvýšením počtu genů pro protein aquaporin 5, který tvoří póry v buněčné membráně, kterými se do buněk dostává voda.
Vědci zjistili, že koaly chrání svá mláďata před infekcemi, když jsou ve vaku pomocí mateřského mléka. Obsahuje enzymy specifické pouze pro koaly, které mají antimikrobiální účinek. Chrání mláďata před řadou bakteriálních a plísňových infekcí včetně chlamydií Chlamydia pecorum které způsobují onemocnění očí a urogenitálního systému. Dospělé koaly jsou zachráněny před infekcemi pomocí četných proteinů imunitního systému – imunoglobulinů, proteinů hlavního histokompatibilního komplexu, T-lymfocytů.
Vědci navíc našli nové genetické markery a s jejich pomocí jsou přesvědčeni, že poddruhy, které měly podle starých studií nízkou genetickou diverzitu a vysoké procento příbuzenské plemenitby v důsledku izolace populací, jsou ve skutečnosti vzájemně promíchány a mají poměrně vysokou genetickou rozmanitost.
Zhenya Timonova podrobněji hovoří o zvycích a osobním životě koal v jedné z epizod „Všechno je jako zvířata“.
Jekatěrina Rusáková
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.
Gen nahé krysy prodlužoval život myší a chránil je před rakovinou
Zvyšuje syntézu vysokomolekulární kyseliny hyaluronové
Američtí a ruští vědci zjistili, že transgenní myši se zvýšenou expresí genu syntázy kyseliny hyaluronové z nahých krys jsou méně náchylné ke spontánní a indukované rakovině, žijí déle a zůstávají déle zdravé. Kromě toho mají tato zvířata výrazně sníženou míru zánětu v různých tkáních. Zpráva o práci byla zveřejněna v časopise Nature. Krysy nahé (Heterocephalus glaber) vynikají mezi hlodavci extrémně vysokou délkou života (v zajetí – více než 40 let). Navíc jejich receptory vnitřního ucha a inhibiční mechanismy v nervovém systému jsou slabší, ale buněčné stárnutí je zpomaleno a imunitní paměť kratší (proto mají více naivních lymfocytů, aby reagovaly na nové infekce). Jedním z hlavních rozdílů mezi nahými krysami a jinými savci je to, že prakticky neonemocní rakovinou. Jak bylo ukázáno dříve, je to způsobeno vysokým obsahem kyseliny hyaluronové s vysokou molekulovou hmotností v jejich tkáních. Tento glykosaminoglykan tvoří základ extracelulární matrix, podílí se na proliferaci a migraci buněk a ovlivňuje i progresi nádorů a jeho vlastnosti závisí na molekulové hmotnosti – vysoká molekulová hmotnost má ochranné vlastnosti, nízká molekulová hmotnost – naopak. Krysy nahé produkují kyselinu hyaluronovou s extrémně vysokou molekulovou hmotností (více než 6,1 megadaltonů), která poskytuje silnou cytoprotekci. Aby vědci z University of Rochester, Harvard Medical School, UCLA a Moskevské státní univerzity otestovali, zda má podobný účinek u jiných živočišných druhů, vytvořili transgenní myši poháněné zvýšenou expresí nahého krtka. potkaní gen syntázy kyseliny hyaluronové 2 (nmrHas2). U samic a samců těchto zvířat byly pozorovány zvýšené hladiny kyseliny hyaluronové o vysoké molekulové hmotnosti ve svalech, srdci, ledvinách a tenkém střevě; nízké – v játrech a slezině, které jej využívají. Byl však nižší než u krys nahých, což je pravděpodobně způsobeno vyšší aktivitou hyaluronidázy u myší. Pozorování v kohortách 80–90 zvířat ukázala, že myši exprimující transgen nmrHas2 zemřely na spontánní rakovinu méně často než normální myši (57 oproti 70 procentům). Tento rozdíl byl ještě výraznější u starších zvířat (nad 27 měsíců věku) – 49 oproti 83 procentům. V experimentu chemické indukce karcinogeneze kůže aplikací 7,12-dimethylbenzanthracenu (DMBA) a forbol-12-myristát-13-acetátu (TPA) byl počet papilomů ve 21. týdnu u transgenních myší téměř poloviční než v roce normální myši. Náchylnost k rakovině nezávisela na pohlaví zvířat. Tělesná hmotnost zvířat z obou skupin se během života nelišila. Ve stejné době myši exprimující nmrHas2 žily déle než normální myši – jejich střední délka života byla o 4,4 procenta delší a jejich maximální délka života byla o 12,2 procenta delší. U samic byl větší rozdíl ve střední délce života (o devět procent), zatímco u samců byl větší rozdíl v maximální délce života (o 16 procent). Odhad epigenetického věku ze vzorců metylace DNA v játrech ve věku 24 měsíců ukázal, že u transgenních myší je přibližně o 0,2 roku mladší než chronologický věk. Zvířata z hlavní skupiny nejen žila déle, ale také zůstala déle zdravá. Prokázali pomalejší nárůst integrálního indexu křehkosti, který se vypočítává na základě 31 fyziologických ukazatelů, než u kontrolní skupiny a ve stáří si zachovali pohyblivost a koordinaci pohybů v testu rotarod. U transgenních samic byl navíc zpomalen rozvoj osteoporózy. Analýza transkriptomů různých orgánů a tkání starších myší exprimujících nmrHas2 odhalila rysy charakteristické pro mladá zvířata a sníženou úroveň zánětu souvisejícího s věkem. Molekulární studie prokázaly, že kyselina hyaluronová s vysokou molekulovou hmotností má protizánětlivé a imunoregulační účinky a také chrání buňky před oxidačním stresem. Kromě toho stimuluje bariérovou funkci střevního epitelu, zachovává střevní kmenové buňky a udržuje optimální složení střevní mikroflóry, což dále pomáhá snižovat záněty související s věkem. Kyselina hyaluronová s vysokou molekulovou hmotností produkovaná transgenem nmrHas2 tak prodloužila život myší a udržela jejich zdraví ve stáří a potlačila zánětlivé reakce související s věkem. To znamená, že evoluční adaptace dlouhověkých zvířat, jako je krysa nahá, mohou být uměle reprodukována v jiných druzích – možná i u lidí – s přínosy pro jejich zdraví. Výsledky také naznačují potenciál pro klinické využití vysokomolekulární kyseliny hyaluronové pro léčbu věkem podmíněných zánětlivých onemocnění střev a dalších orgánů, uzavírají autoři práce. V roce 2016 vědci z Velké Británie, Německa a Jižní Afriky zjistili, že nízká citlivost na bolest nahých krtkovitých krys souvisí s mutací v genu jednoho z receptorů pro neurony vnímající bolest.
