Když se řekne dědičnost, první co vás zřejmě napadne je přenos genetické informace rodičů na své potomky. Tomuto procesu se odborně říká "vertikální přenos genů". U lidí a mnoha dalších organismů se jedná o zcela běžný postup, který je však ve světě mikroorganismů doplněn o jedno zásadní rozšíření - horizontální přenos.

Tato výhoda, kterou na rozdíl od nás mikrobi s přehledem zvládají, jim dává zcela zásadní evoluční výhodu. Pomocí nejrůznějších fyziologických způsobů jsou schopni si geny mezi ostatními jedinci vyměňovat a sdílet tak některé evoluční výhody - například nechvalně známé rezistence k antibiotikům.

Dovolte mi jedno odvážné přirovnání. Pokud bychom tuto schopnost měli přenést na lidi, mohlo by se teoreticky stát, že byste díky horizontálnímu přenosu "nakazili" svého kolegu v práci genem, podmiňujícím vaši barvu vlasů. Pokud by se gen v jeho buňkách ujal a jeho vlastní byl expresně umlčen, ráno by se bývalý blondýn probudil s krásnou afroamerickou hřívou. Tato paralela je samozřejmě velice zjednodušená, ale narážíme při ní na jeden ze zásadních rozdílů, díky kterému je horizontální přenos až na drobné výjimky možný pouze u mikroorganismů. Mikrobi jsou totiž na rozdíl od nás samostatné buňky a v mnoha ohledech výrazně jednodušší. Skutečnost, že bakterie doslova spolkne cizí gen a stane se například, stejně jako kolegyně jenž ji svou DNA nabídla, rezistentní k danému antibiotiku, je i za pomoci speciálních buněčných kanálů, transportérů a řadě dalších proteinů usnadňující přenos mnohonásobně pravděpodobnější.

Způsoby horizontálního přenosu genů u bakterií, zdroj: Pathmalal Manage, ResearchGate

Bakterie a další mikroorganismy si tedy díky horizontálnímu genovému přenosu vyměňují geny pro rezistence k antibiotikům, těžkým kovům, nejrůznější toxiny (tedy zbraně, kterými zabíjejí naše buňky), nebo ty, díky kterým se pro náš imunitní systém stanou prakticky neviditelnými.

Nyní však vědci z australské Monash University zjistili, že horizontální přenos může měnit pravidla evoluce. Svůj objev popsali v práci, publikované minulý týden v časopise PNAS. Je velice běžné, že se rezistentní kmeny objevují na místech, kde se to antibiotiky jen hemží - tedy zejména v nemocnicích. Masově používaná antibiotika vytvářejí z nemocničního prostředí jakýsi "výcvikový kemp", který tvrdým drilem nepřátele lidského těla neustále zdokonaluje. Vědci však odhalili, že se nápadně mnoho rezistentních kmenů objevuje i v místech, kde by tento fenomén nečekali, například v lesích nebo ústí řek. Dr. McDonald a jeho tým z Monash University proto provedli evoluční experiment s cílem zjistit, jak se v prostředí tyto zvýhodňující geny šíří.

Tým otestoval bakterie, která jsou na antibiotika citlivá (při kontaktu s nimi zahynou, nebo naprosto omezí růst) v růstovém médiu bez antibiotik. Umožnili však, aby tyto kmeny přijímaly pomocí horizontálního přenosu geny od bakterií, která rezistentními geny disponovala a v médiu plavala spolu se svými "méně dokonalými sestrami". Skrze sekvenování genomů následně zjistili, zda se geny podmiňující rezistence rozšířily i bez selekce. Následně do médií antibiotika přidali a sledovali, co se s bakteriemi stane.

Zjistili, že populace bakterií, které díky přenosu geny přijaly, kontakt s antibiotiky přežily. Kontrolní populace, které se to nepodařilo, nepřežila. Vědci z Monash díky tomu zjistili, že se geny rezistencí na antibotika mohou šířit napříč mikrobiální populací i bez nutného selekčního tlaku. Skoro by se zdálo, že se tyto "nedokonalé" bakterie antibiotik obávaly a proto se na kontakt s nimi raději předem připravily. Tato přelomová skutečnost by podle McDonalda mohla vysvětlit, proč se rezistence vyvíjí v nemocnicích tak vysokou rychlostí. "Naše studie poprvé ukázala, že se tyto geny mohou v populaci skrývat i tehdy, kdy nejsou vystaveny selekci," vysvětluje a dodává, že by jejich výsledky mohly objasnit i to, proč se v tělech pacientů rezistentní bakterie drží i dlouho po ukončení léčby.

Je důležité připomenout, že se doposud napříč mikrobiology předpokládalo, že bakterie přijímají geny pro rezistence pouze dočasně. Evoluční výhodu v podobě přijatého genu využijí "teď a tady" a jakmile nebezpečí pomine, gen zahodí. "Tento krok je způsoben přirozeným výběrem, který z populace vytlačuje nepotřebnou DNA," říká McDonald. "Naše práce ovšem ukazuje, že horizontální přenos je schopen přirozený výběr potlačit, (dočasně) nepotřebné geny v populaci udržet a doslova tak ohýbat pravidla evoluce."

Originální publikace: https://www.pnas.org/content/early/2020/10/13/2005331117

Zdroj: ScienceDaily, zdroj titulní fotografie: Edward Jenner, Pexels