English

Z historických důvodů je zvykem rozdělovat organismy na jednobuněčné a mnohobuněčné. Má však toto dělení skutečné opodstatnění? Jsou pomyslné hranice rozdělující tyto dvě skupiny skutečně tak striktní ? Během posledních let se ukazuje, že nikoli. Ukazuje se totiž, že většina jednobuněčných organismů je schopna tvořit za určitých růstových podmínek organisované mnohobuněčné struktury - povlaky, biofilmy a kolonie, které jsou v přírodních podmínkách převládající formou výskytu mikroorganismů. Existence v komunitách v rámci takových struktur umožňuje mikroorganismům lépe přežívat nepříznivé přírodní podmínky. Řada procesů, dříve přisuzovaných pouze "pravým" mnohobuněčným organismům (např. diferenciace) byla zjištěna i u mnohobuněčných struktur tvořených mikroorganismy. Poznání molekulárních a buněčných mechanismů uplatňujících se při tvorbě a vývoji mnohobuněčných komunit mikroorganismů tak může přinést i poznatky důležité pro tvorbu a vývoj tkání vyšších živočichů včetně člověka.

Chcete-li se dozvědet něco víc o komunikaci a kooperaci mikroorganismů v mnohobuněčných strukturách přečtěte si naše příspěvky do časopisu Živa "Úspěch spočívá v komunikaci" a "Úspěch spočívá v kooperaci" a naše anglické review "Multicellular microorganisms".

  V naší laboratoři studujeme vývoj a "chování" kvasinkových kolonií jako modelu organisovaných mnohobuněčných struktur.

· Kvasinky rostoucí na pevném povrchu vytvářejí mnohobuněčné struktury, tzv. kolonie, s charakteristickou organisovanou morfologií, která vzniká dělením nepohyblivých kvasinkových buněk. Organisace kvasinkových kolonií proto musí být zajištěna signály vysílanými a přijímanými dělícími se buňkami, které kolonii tvoří. Z tohoto pohledu připomíná vývoj kvasinkové kolonie tvorbu tkání a orgánů vyšších mnohobuněčných organismů, kde polarita buněčného dělení hraje klíčovou roli v ontogenesi. (1)

· Narozdíl od kolonií tvořených laboratorními kmeny kvasinky S. cerevisiae, které jsou obvykle hladké, divoké kmeny S.cerevisiae isolované z přírody mají výrazně strukturovanou morfologii kolonií. Buňky v koloniích divokých kmenů S. cerevisiae jsou pokryté a propojené mezibuněčnou hmotou, kterou lze pozorovat pomocí speciálního environmentálního skenovacího elektronového mikroskopu. V laboratorních podmínkách dochází k rychlé změně životního stylu divokých kvasinek aty pak začínají vytvářet hladké kolonie nerozeznatelné od hladkýchkolonií tvořených běžnými laboratorními kmeny. Tato "domestikace" jeprovázena zástavou produkce mezibuněčné hmoty a specifickými změnami v genové expresi. (6)

· Jednou z charakteristických vlastností mnohobuněčných organismů je jejich schopnost vysílat a přijímat signály na velké vzdálenosti. Kvasinkové kolonie využívají pro komunikaci mezi koloniemi jednoduchou plynnou látku, čpavek (amoniak), který kolonie produkují v pulsech (2). Vlivem amoniaku sousední kolonie synchronisují svůj vývoj a, v případě kolonií kvasinky Candida mogii, paralelně dochází k výrazným změnám v morfologii buněk i v morfologii kolonií. (3). Příjem aminokyselin z prostředí a jejich metabolismus zřejmě hrají významnou roli při pulsní produkci amoniaku (4). Přechod kolonií z kyselé fáze do fáze intensivní produkce amoniaku (alkalická fáze) je spojen s výraznými změnami metabolismu buněk kolonií, mimo jiné se snižuje oxidativní katabolismus v mitochondriích a aktivují se peroxisomy, což, spolu s aktivací některých biosyntetických drah přispívá ke snížení úrovně obecného stresu v koloniích. Tyto metabolické změny se zdají být velmi důležité pro přežívání kvasinek za podmínek dlouhodobého hladovění, tj. za situace, která je velmi častá v přírodním prostředí. Domníváme se, že plyný amoniak se u kvasinkových kolonií uplatňuje jako jakýsi "alarm" signál, který indukuje změny vedoucí k zapnutí adaptivního metabolismu a úniku ze stresu. Kolonie, tvořené některými mutovanými kvasinkovými kmeny ztracejí schopnost produkovat amoniak a přepínat do alkalické vývojové fáze. Tento defekt má za následek neschopnost zapnout adaptivní metabolismus a kolonie předčasně odumírají (9, 5, www, 7, přehledný článek)

Zabýváme se dvěma hlavními směry výzkumu:

    1. Studium morfogenese kvasinkových kolonií.

Jaké signály, buněčné interakce a komponenty se uplatňují při tvorbě
organisované struktury kvasinkových kolonií?

2. Studium signálů na velkou vzdálenost uplatňujících se
při vývoji kvasinkových kolonií.

Jaká je role amoniaku při dlouhodobém vývoji kvasinkových kolonií.
Jaké jsou mechanismy přežívání za podmínek limitovaných živin.

Vybrané publikace

Financování projektu