Mitochondrie oxymonád a trimastixe

• Název práce v češtině: Mitochondrie oxymonád a trimastixe
• Název v anglickém jazyce: Mitochondria of oxymonads and Trimastix
• Akademický rok vypsání: 2008/2009
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra parazitologie (31-161)
• Vedoucí / školitel: doc. Mgr. Vladimír Hampl, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 27.11.2008
• Datum zadání: 04.03.2010
• Konzultanti: prof. RNDr. Jan Tachezy, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Oxymonády jsou poměrně malá skupina bičíkovců (asi méně než 10050 druhů), kteří žijí jako neškodní komenzálové nebo endosymbionti ve střevech hmyzu a v případě rodu Monocercomonoides také ve střevech savců. Jejich fylogenetické postavení v rámci eukaryot je nejasné , jistotu máme pouze v případě jejich nejbližšího příbuzného, kterým je volně žijící rod Trimastix. Předpokládá se, že větev oxymonád a trimastixe (nazývaná Preaxostyla) je součástí sporné eukaryotické říše (?supergroup?) Excavata. V rámci říše Excavata jsou oxymonády a Trimastix řazeni do skupiny Metamonada.
Oxymonády a Trimastix a jedinou jistotu máme ohledne jejich nejbližšího příbuzného, kterým je volně žijící rod Trimastix. Oxymonády a Trimastix patří mezi nejméně prozkoumaná eukaryota, přestože se ukazuje, že mnoho jejich zástupců má velmi neobvyklé vlastnosti, zejména pak . U žádné oxymonády nebyl dosud pozorován Golgiho komplex, u většiny není známo pohlavní rozmnožování, některé druhy obsahují mnoho jader, některé druhy používají modifikovaný genetický kód a v neposlední řadě nebyla u oxymonád dosud prokázánaabsence klasické mitochondrie. U trimastixe je Golgiho komplex patrný ase za pozměněné anaerobní mitochondrie se považují drobné dvoumembránové měchýřky, které lze pozorovat v cytoplazmě, u oxymonád dosud nebyla nalezena žádná mitochondrii podobná organela. Mitochondrie v tradičním slova smyslu chybí u celé řady eukaryotických skupin. U všech členů skupiny Metamonada (např. giardie, trichomonády), u entamoéb, mikrosporidí, některých nálevníků, některých chytridií atd. Výzkumy z posledních let ovšem přesvědčivě ukázaly, že všechny ?amitochondriální?jmenované skupiny nesou mají v buňce organely ? hydrogenozómy nebo mitozómy ? jejichž původ je třeba hledat v téže endosymbiotické události, která dala vznik mitochondrii, a jsou tedy s mitochondriemi homologické.
Vzhledem k tomu, že u každého důsledně studovaného domněle amitochondriálního organismu se mitochondrie v nějaké formě našla, převládá v současnosti názor, že všechna dnešní eukaryota se ve své minulosti s mitochondrií setkala a dokonce, že všechna eukaryota mitochondrii v nějaké formě (hydrogenozómy a mitozómy) stále mají.

Během svého PhD studia se budu zabývat dvěma příbuznými tématy:

To se někdy interpretuje jako důkaz, že se mitochondrie přímo podílela na vniku eukaryotické buňky, jak předpokládají některé hypotézy vzniku eukaryot. Je však třeba podotknout, že ani za současného stavu poznání stále nelze vyloučit možnost, že ke vzniku mitochondrie došlo až po vzniku eukaryot a eukaryota, která mitochondrii nezažila, vyhynula, nebo jejich potomci zatím nebyli nalezeni. Důvod, proč by si všechny eukaryotické buňky měly uchovat mitochondrii, byť v minimalistickém provedení jako v případě mitozómů, také není zřejmý.
1) Z výše uvedeného je zřejmé, že by bylo velmi zajímavé zZjistit, zda a v jaké formě se vyskytují mitochondrie u oxymonád a zda měchýřky v cytoplazmě trimastixe jsou skutečně homologem mitochondrie. Školitel, Vedoucí tohoto projektu, Vladimír Hampl, se osobně účastnil studie, ve které se podařilo identifikovat zhruba 20 typicky mitochondriálních nebo hydrogenozomálních genů u druhu Trimastix pyriformis. Předpokládáme, že produkty alespoň některých z nich by mohly pracovat ve zmíněné organele, což by potvrdilo, že tato organela je skutečně homologem mitochondrie. Jedním z mých úkolůAbychom to mohli dokázat, bude je třeba zjistit buněčnou lokalizaci vybraných těchto proteinů pomocí imunofluorescence se specifickými protilátkami.

2) a to je náplní tohoto projektuOdhalit, zda vůbec a v jaké formě se vyskytují mitochondrie u oxymonád. . V případě oxymonád se nacházíme v obtížnější počáteční pozici, protože v buňce nepozorujeme žádné organely a neznáme nepodařilo se nám dosud získat ani žádné typicky mitochondriální geny. V průběhu roku 2008 plánuje, školitel vedoucí tohoto projektu, osekvenovat zhruba 10 000 transkriptů (tzv. EST) oxymonády Monocercomonoides. Očekáváme, že v tomto souboru dat budou ukryty hledané mitochondriální geny, které se pokusím vyhledat bioinformatickými metodami a u vybraných genů se pokusím lokalizovat jejich produkty v buňce. . Jejich vyhledávání bude další náplní tohoto projektu. Vzhledem k tomu, že oxymonády a Trimastix jsou relativně blízce příbuzné organizmy, předpokládáme, domníváme se, že některé specifické protilátky připravené proti mitochondriálním proteinům trimastixe budou rozpoznávat i proteiny oxymonád a budeme je tedy moci použít pro lokalizaci mitochondriálního homologu u oxymonád. dokonce i ve chvíli, kdy nebudeme znát sekvenci daného genu u oxymonád. Lokalizace ?mitochondriálních? proteinů v buňce oxymonád je poslední součástí tohoto projektu.

Potvrzení, že oxymonády mitochondrii skutečně nemají (výsledek, který neočekávám) by učinilo z těchto prvoků v tomto ohledu ojedinělá eukaryota. Teoreticky by je v takovém případě bylo možné pokládat za skupinu, která mitochondrie nikdy neměla, což by vyvracelo hypotézy předpokládající vznik mitochondrie zároveň se vznikem eukaryot. Tento primárně amitochondriální status oxymonád je však velmi nepravděpodobný a nepřítomnost mitochondrie by byla spíše vysvětlována druhotnou ztrátou. I v takovém případě by však oxymonády vyvrátili předpoklad, že mitochondrie je pro eukaryota nepostradatelná a staly by se modelovým organismem eukaryot bez mitochondrie.
Nalezení mitochondriálního homologu u oxymonád a trimastixe (očekávaný výsledek) by obohatilo ?zoologickou zahradu? mitochondriálních organel o další členy. Protože organela oxymonád dlouho uniká poznání, je pravděpodobné, že je poměrně nenápadná, malých rozměrů a zřejmě funkčně velmi zjednodušená. Oxymonády a Trimastix mohou představovat dosud ojedinělý systém dvou evolučně relativně blízkých organismů s mitochondriemi, které jsou na různém stupni specializace na anaerobiózu. Srovnáním funkce (odvozené na základě proteinů lokalizovaných v organele) předpokládané organely u oxymonád, organely trimastixe a organel dalších anaerobů bychom mohli přímo nahlédnout do procesu funkčního zjednodušování ? které funkce byly zachovány, které ztraceny nebo pozměněny.
Projekt poběží ve spolupráci s laboratoří J. Tachezyho na katedře parazitologie a laboratoří A. Rogera v kanadském Halifaxu.
Náplní projektu bude tedy (1) příprava specifických protilátek a buněčná lokalizace mitochondriálních proteinů pomocí fluorescenčního, konfokálního a elektronového mikroskopu v buňkách bičíkovců oxymonád a trimastixe a (2) práce se sekvenční databází oxymonád zaměřená na vyhledávání mitochondriálních genů.