„Na jednej strane je hodváb prírodný a kompostovateľný produkt, na strane druhej je naštrbená etická stránka chovu priadky morušovej,“ hovorí IVANA DAUBNEROVÁ z Ústavu zoológie SAV, ktorá sa venuje výskumu peptidov a neuropeptidov u priadky morušovej a kliešťov.
Priadka morušová (Bombyx mori) sa chová kvôli hodvábnemu vláknu, ktoré produkuje jej húsenica. Počas niekoľko tisíc rokov trvajúcom chove v zajatí motýľ priadky stratil schopnosť lietať. Čo na to malo podľa vás najväčší vplyv?
Je to dôsledok človekom riadenej selekcie určitých vlastností. Priadka morušová je jediný domestifikovaný druh hmyzu, ktorý je úplne odkázaný na človeka. Aj keby sme veľmi chceli, priadku morušovú už nedokážeme vrátiť späť do prírody. Ak by sme jej húsenicu položili na morušový list, ktorými sa živí, pravdepodobne by sa na ňom ani nedokázala udržať, nieto ešte vyliezť späť na strom. V našich zemepisných šírkach by, samozrejme, nemala šancu prežiť zimu. Vo voľnej prírode v juhovýchodnej Ázii ešte stále žije jej predchodca Bombyx mandarina. Jeho motýľ by sa však s najväčšou pravdepodobnosťou v zajatí necítil vôbec komfortne a nebol by schopný množiť sa.
„Priadka morušová je jediný domestifikovaný druh hmyzu, ktorý je úplne odkázaný na človeka.“
V prípade priadky šlo teda primárne o dosiahnutie komerčne výhodných vlastností z hľadiska produkcie hodvábu…
Áno. Ale tak je to so všetkým, čo sa týka šľachtiteľstva. Keby ste videli rastlinu, z ktorej sa vyšľachtila kukurica, vôbec by ste v nej nespoznali jej predchodcu. To isté platí o kalerábe, kapuste, brokolici či karfiole. Sú potomkami spoločnej rastliny, z ktorej sme zameraním sa na isté vlastnosti vyšľachtili to, čo poznáme dnes. Geneticky modifikované organizmy sú už dlhodobo veľkou témou. Je však dôležité uvedomiť si, že aj selektívnym šľachtením sme domestifikované rastliny a živočíchy natoľko pozmenili, že ak by chcel byť človek striktný a chcel by konzumovať len to, čo je pôvodné, tak si dnes v supermarkete nemá čo kúpiť. Treba k tomu teda pristupovať s istým nadhľadom. Pre mňa osobne je citlivejšia téma konzumácie živočíchov, ktorých chov sa zmenil na priemyselnú produkciu mäsa.
Aj chov priadky morušovej má svoje temné stránky, o ktorých sa veľa nehovorí. Jej kukla sa napríklad usmrcuje ešte v kokóne, aby nedošlo k poškodeniu vlákna, z ktorého sa hodváb vyrába.
Aby mohol motýľ vyletieť, musí hodváb natráviť a vytvoriť si tak otvor v kokóne (zámotok tvorený hodvábnym vláknom, v ktorom sa nachádza kukla pred metamorfózou na motýľa priadky morušovej, pozn. red.), čím sa však hodvábne vlákno znehodnotí. Preto musí byť priadka ešte v štádiu kukly usmrtená či už vriacou vodou alebo horúcou parou. Na jednej strane je teda hodváb prírodný a kompostovateľný produkt, na strane druhej je naštrbená etická stránka chovu priadky morušovej. O týchto veciach treba vedieť a zohľadniť to pri svojich nákupoch. Niečo podobné platí však aj o bavlne, pri ktorej pestovaní a spracovaní sa spotrebuje veľké množstvo vody a chemikálií. Nie je to však o tom, aby sme bavlnu alebo hodváb nekupovali vôbec, ale aby sme sa pri nakupovaní a miere našej spotreby správali uvážlivo.
Isté vedecké výsledky naznačujú, že vďaka zmene genómu sa podarilo dosiahnuť, aby bolo vlákno húseníc priadky morušovej pevnejšie a odolnejšie než pavúčie, je dokonca odolnejšie než kevlar, z ktorého sa vyrábajú aj nepriestrelné vesty. Okrem textilného priemyslu by sa teda dalo vlákno uplatniť aj v medicíne. Kde napríklad?
Myslím, že už teraz sa hodvábne vlákna využívajú na šitie v chirurgii. V spomínanom prípade vedci spravili to, že pomocou metódy CRISPR-Cas9 nahradili časť génu pre hodváb priadky morušovej génom pre proteín pavúčieho hodvábu MiSp z pavúka Araneus ventricosus. Takto upravená priadka teda namiesto vlastného hodvábu produkuje hodváb pavúka, respektíve jeho hybridnú verziu. A je pravda, že výsledok bol lepší, než sa pôvodne čakalo.
Na prvý pohľad sa však nezdá, že by bola pavučina obzvlášť pevná, to isté platí o vlákne hodvábu.
Napriek tomu je pavúčie vlákno pevnejšie a pružnejšie. Pavúčie aj hodvábne vlákno je síce veľmi tenké a je ľahké roztrhnúť ho, ale napríklad oceľové vlákno v tej istej hrúbke je možné pretrhnúť ešte ľahšie. Problém spočíva v tom, že pavúky nie je možné chovať masovo v takej kvantite a podmienkach, ako je to v prípade priadky morušovej. Pavúky sú napríklad extrémne teritoriálne. Takže vložiť nový prvok do snovacích žliaz priadky morušovej a vyrobiť si z nej takúto továrničku na kvalitnejšie vlákno je oveľa jednoduchšie.
Čo sa týka výskumu, priadka morušová predstavuje aj ideálny modelový organizmus pre štúdium fyziologických dejov. Aký výskum zameraný na priadku historicky prebiehal alebo ešte stále prebieha v Ústave zoológie SAV?
Celá história výskumu na priadke sa začala s mojím školiteľom, doktorom Žitňanom (RNDr. Dušan Žitňan, DrSc., z Ústavu zoológie SAV, pozn. red.). Práve on objavil dovtedy neznámy ekdyziotropný hormón (ETH) produkovaný v dovtedy tiež nie úplne opísanej špeciálnej endokrinnej žľaze, ktorý predstavuje spúšťač zvliekania u hmyzu a ostatných článkonožcov. Ide o veľmi zaujímavú vec – keďže hmyz nemá vnútornú kostru ako človek, funkciu ochranného skeletu plní kutikula na povrchu tela, takzvaný exoskelet. Tá je do určitej miery flexibilná, ale má svoje limity. Aby mohla larva pokračovať v raste, musí kutikulu v určitých intervaloch zvliecť. Napríklad larva priadky má až päť instarov, teda štádií, ktoré sú oddelené zvliekaním kutikuly. Ľudia si myslia, že hmyz je primitívny organizmus, ale samo zvliekanie je veľmi sofistikovaný proces a ešte stále sme ďaleko od toho, aby sme pochopili komplexnosť celého mechanizmu.
Čo zatiaľ o procese zvliekania vieme?
Proces zvliekania kutikuly predstavuje určitý typ kontrakcií alebo správania, ktoré musí larva vykonať v presnom poradí, v presnej časovej postupnosti. Ak to v niektorom kroku zlyhá, larva ostane v kutikule uväznená a umrie. Je to ako keby ste si pod svojou kožou vytvorili novú kožu, ale starú musíte dať zo seba dole, aby ste mohli pokračovať v raste. Je to život ohrozujúci proces, ktorý je príliš dôležitý na to, aby to bolo ponechané len na náhodu. Na jeho regulácii sa preto podieľa množstvo faktorov produkovaných v periférnych endokrinných orgánoch a nervovom systéme, ktoré sa musia v organizme vylúčiť v presnom špecifickom poradí. Každá fáza zvliekania je teda kontrolovaná určitými faktormi. To isté platí o poslednom zvliekaní, pri ktorom sa z kukly vyliahne motýľ, teda dospelý jedinec.
Zvliekanie je príkladom geneticky zakódovaného správania a toho, ako endokrinný a nervový systém pri regulácii takýchto procesov vzájomne spolupracujú. Hlavným cieľom nášho výskumu je zistiť, ktoré neuropeptidy a iné faktory sa na jeho regulácii podieľajú, aká presne je ich úloha a akým spôsobom vstupujú do interakcie s ostatnými regulačnými molekulami. V nervovom systéme priadky a drozofily (vínna muška) sa nám podarilo identifikovať množstvo neurónov, ktoré takéto látky produkujú, a v niektorých prípadoch sme zistili aj ich presnú funkciu. Ako som však už spomenula, ide o veľmi komplexný proces a tých chýbajúcich dielikov na dokončenie skladačky je ešte pomerne veľa.
Existuje tu teda istá paralela aj v súvislosti s človekom?
Napríklad pri dozrievaní pohlavných žliaz, kde tiež musí prísť istý spúšťač alebo kompetenčný faktor, keď v určitom momente organizmus vyhodnotí, že nastal čas vykonávať ich funkciu. Základná kostra niektorých hormonálnych dráh a iných biologických procesov je v prípade človeka a hmyzu prekvapivo veľmi podobná, aj keď človek je, samozrejme, oveľa komplexnejší a vstupuje tam omnoho viac faktorov.
Štúdiom drozofily napríklad viete zistiť informácie relevantné aj pre človeka a vďaka dostupnosti rôznych genetických nástrojov sa paradoxne niekedy o človeku dozviete viac než pri využití vyšších modelových organizmov, akými sú myš alebo potkan. Príkladom sú cirkadiánne, teda biologické rytmy alebo riadenie embryonálnych vývinových procesov – to všetko bolo prvýkrát objavené a opísané práve u týchto nižších organizmov.
Práve spomínaná vínna muška je často využívaným modelovým organizmom vo výskume. V čom je priadka morušová iná?
Drozofila má veľké výhody, čo sa týka využitia genetických nástrojov, na strane druhej je veľmi malá. Priadka je výrazne väčšia a aj jej samotný vývoj trvá dlhšie, čo poskytuje mnohé výhody. Ak napríklad potrebujeme tesne pred zvliekaním vybrať špecifické štádium, je oveľa jednoduchšie odsledovať si to na priadke. Je tu tiež možné analyzovať obsah látok vylúčených priamo do hemolymfy (telesná tekutina, ktorá u bezstavovcov plní podobnú funkciu ako krv u stavovcov) jedinca, čo u drozofily nie je možné.
Genetické nástroje, ktoré sú dostupné na drozofile, sa dajú teoreticky použiť aj u priadky. Nevýhodou priadky ale je, že výroba transgénnej línie (jedince geneticky upravené vložením nového alebo upraveného genetického materiálu tak, aby získali želané vlastnosti) je náročnejšia a zdĺhavejšia. U drozofily si transgénne línie viete dať vyrobiť komerčne alebo si môžete rôzne už hotové mutantné RNAi alebo inak upravené línie priamo objednať z centra, ktoré takéto línie udržiava a distribuuje. Pri priadke si musíme transgénne línie vyrábať sami. Je za tým veľa roboty, zaberie to veľa času a nie vždy to napokon funguje úplne optimálne. Snažíme sa preto kombinovať obidva tieto modelové druhy a pomocou nich postupne kompletizovať tú pomyselnú skladačku.
„Momentálne pracujeme na neuropeptide, ktorý sa zdá, že ovplyvňuje schopnosť kliešťov páriť sa.“
Na čo je zameraný váš výskum v súčasnosti?
Stále skúmame funkcie neuropeptidov, ale už sme viac premostili z priadky na kliešte. Na základe sekvencií známych u hmyzu sa snažíme identifikovať neuropeptidy a ich receptory u kliešťov. Na začiatku je teda dôležité mať dostupnú databázu genómových a cDNA sekvencií, s ktorými pracujeme. Pomocou metódy RNA interference následne vieme napríklad potlačiť produkciu niektorého neuropeptidu alebo jeho receptora a sledovať, aký efekt to bude mať na organizmus a jeho funkcie. Genetické nástroje použiteľné u kliešťov sú veľmi obmedzené a RNA interferencia je v zásade jediná metóda, ktorú vieme pri výskume využiť.
Okrem pochopenia základných funkcií v organizme kliešťa náš výskum smeruje aj k ochoreniam prenášaným kliešťami. Keď totiž rozumiete tomu, ako u kliešťov fungujú istéprocesy, potom je teoreticky možné vymyslieť stratégiu, ako obmedziť alebo úplne zabrániť prenosu patogénov spôsobujúcich rôzne ochorenia. Teraz sme ešte len v štádiu hľadania funkcií rôznych neuropeptidov. Pokiaľ by sa nám však podarilo nájsť niečo, čo ovplyvňuje funkciu slinných žliaz alebo čreva kliešťa, možno budeme schopní ovplyvniť prenos borélií alebo vírusu kliešťovej encefalitídy. Momentálne pracujeme na neuropeptide, ktorý sa zdá, že ovplyvňuje schopnosť kliešťov páriť sa. Aj to môže byť teoreticky využité na zníženie populácie kliešťov a následné zníženie rizika nimi prenosných ochorení. Každému aplikovanému výskumu však najskôr nevyhnutne predchádza základný výskum.
Dôležitosť základného výskumu je často opomínaná a podceňovaná, najmä mimo vedeckých a odborných kruhov. Prečo je teda základný výskum potrebný?
Ak ide o aplikovateľný výskum, ľudia na to dobre reagujú, lepšie sa naň zháňajú tiež granty. No ak by neexistoval základný výskum, dnes by sme nemali napríklad spomínaný CRISPR-Cas9 systém, ktorý bol pôvodne objavený ako obranný mechanizmus baktérii proti vírusom a až neskôr sa začal využívať ako nástroj na úpravu DNA. Keby si vedci povedali, že ich to nezaujíma, nemáme dnes taký úžasný a efektívny nástroj, ktorý neskutočným spôsobom otvoril možnosti modifikácie génov a štúdia ich funkcie. To isté platí aj o transpozomálnych elementoch, vďaka ktorým sa začali vyrábať prvé transgénne línie u drozofily. Možnosti štúdia, ktoré to otvorilo, sú enormné a z mnohých poznatkov, ktoré sa vďaka tomu podarilo zistiť, dnes môžu profitovať naozaj všetci. Preto je podľa mňa dôležité mať otvorenú myseľ a nechať sa viesť zvedavosťou.
„Ohrozujeme planétu svojou lenivosťou a neochotou vzdať sa aspoň časti komfortu, ktorý v tejto časti sveta máme extrémne vysoký.“
Ako odborníčka ste aktívna aj pri ochrane životného prostredia. Podpísali ste napríklad Slatinské vyhlásenie ochrancov životného prostredia.
Čo sa týka environmentálnych akcií, snažím sa čo najviac angažovať. Zapájam sa do petícií, zúčastňujem sa na zhromaždeniach. Rôzne organizácie podporujem aj ako dobrovoľníčka, napríklad Greenpeace alebo iniciatívu My sme les. Vďaka tomu, že chodíme komunikovať verejnosti environmentálne témy, núti ma to naštudovať si mnoho vecí hlbšie a komplexnejšie, vďaka čomu človek napríklad zistí, že plyn v skutočnosti vôbec nie je taký „zelený“, ako sa verejnosti často prezentuje.
Bohužiaľ, ľudia majú veľakrát pomerne povrchné informácie o dôležitých témach, o mnohých veciach netušia a o mnohých možno ani nechcú vedieť. Na jednej strane je to pochopiteľné, lebo každý má dosť vlastných problémov a všetko sa ani pri najlepšej vôli nedá uchopiť. Dostali sme sa však do štádia, keď ako ľudstvo začíname ohrozovať svoju vlastnú existenciu. Ohrozujeme planétu svojou lenivosťou a neochotou vzdať sa aspoň časti svojho komfortu, ktorý v tejto časti sveta máme extrémne vysoký.
Mgr. IVANA DAUBNEROVÁ, PhD., pracuje na oddelení molekulárnej fyziológie v Ústave zoológie SAV. Vyštudovala genetiku na Prírodovedeckej fakulte Univerzity Komenského v Bratislave. Vo svojom výskume sa venuje identifikácii, expresii a funkcii neuropeptidov a ich receptorov pri modelových druhoch priadky morušovej, drozofily a kliešťov.
Stanislava Longauerová
Foto: Martin Bystriansky