You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
ozhovor — s Jiřím Frimlem<br />
Sluhové a páni<br />
rostlinných<br />
buněk<br />
Rostlina nemůže před nepříznivými podmínkami<br />
utéct, o to důležitější je pro ni schopnost na změnu<br />
situace reagovat přímo na místě. Pomáhají jí v tom<br />
rostlinné hormony a složitá síť molekulárních vztahů,<br />
jíž jsou součástí. V rakouském ústavu IST ji pomáhá<br />
rozplétat Jiří Friml.<br />
text Ondřej Vrtiška<br />
Zabýváte se rostlinami, konkrétně<br />
modelovým huseníčkem, ale původním<br />
vzděláním jste biochemik. Troufl byste<br />
si vést botanickou exkurzi? — Kdepak. Mé<br />
znalosti z botaniky byly nejlepší zhruba<br />
v 7. ročníku základní školy. Tehdy sice<br />
nebyly úplně špatné, ale od té doby jenom<br />
zapomínám. Ani jsem nikdy na vysoké škole<br />
neměl přednášku ze systematické botaniky.<br />
Takže k huseníčku vás nepřivedla láska<br />
k rostlinám, které jste se jen rozhodl<br />
zkoumat jinak než s lupou a herbářem<br />
v ruce? — Byla to náhoda. Když jsem<br />
studoval biochemii v Brně, přišla nabídka<br />
stipendia do Německa a někdo u nás na<br />
katedře měl kontakt zrovna do laboratoře<br />
v Ústavu Maxe Plancka pro šlechtění rostlin<br />
v Kolíně nad Rýnem. Já chtěl zkusit molekulární<br />
biologii a bylo mi tehdy jedno, zda se<br />
jí budu věnovat na rostlinách, octomilkách,<br />
nebo na myších. A protože mi to v Německu<br />
celkem šlo a bavilo mne to, rostliny jsem si<br />
zamiloval a už jsem u nich zůstal.<br />
Vývoj rostlin ovlivňují rostlinné hormony<br />
– auxin, cytokininy, etylén… Ale<br />
o tom, kde tyto hormony působí, rozhodují<br />
transportní proteiny, jimiž se<br />
v případě auxinu zabýváte. Jejich tvorbu<br />
zase řídí geny, jejichž expresi ovlivňují<br />
vnější faktory… Lze v systému regulace<br />
vývoje rostlin najít nějakého „vrchního<br />
velitele“? — Žádný vrchní velitel neexistuje,<br />
protože různé typy vývojových procesů<br />
jsou řízeny různými signály. Auxin jich řídí<br />
pravděpodobně více než ostatní „velitelé“,<br />
ale kdybych o něm mluvil jako o „vrchním<br />
veliteli“, vědci pracující na jiných hormonech<br />
by se samozřejmě bránili. Auxin<br />
slouží jako univerzální signál určující, která<br />
konkrétní buňka má něco udělat – například<br />
začít tvořit květ nebo boční kořen. Ale třeba<br />
už zase většinou nerozhoduje o tom, co se<br />
má dělat. Říká „kdo a kdy“, ne však „co“.<br />
Takže na auxin můžeme také pohlížet<br />
jako na pouhého sluhu nebo poslíčka. Čí<br />
příkazy plní? — Pro mne není důležité, zda<br />
v něm budeme vidět velitele, nebo sluhu. Zajímá<br />
mne, jak konkrétně v rostlině funguje.<br />
„Nepotřebujeme stádo<br />
cvičených opic, hledat<br />
na Googlu a Wikipedii<br />
umí každý.“<br />
O tom, že se kořeny mají více větvit, rozhodne<br />
například vyšší koncentrace živin v půdě.<br />
O směru růstu kořene rozhodne gravitace,<br />
u hypokotylu to je světlo… Jde o integraci<br />
všemožných vnějších i vnitřních signálů<br />
a skutečně pro mnohé signály, hlavně ty<br />
vnější, auxin funguje jako hlavní poslíček.<br />
Co pro váš obor znamenalo přečtení<br />
genomu huseníčku? — K tomu mám osobní<br />
příběh. Když jsem v roce 1997 začal pracovat<br />
v Kolíně nad Rýnem, hledal jsem v huseníčku<br />
geny podobné genům pro proteiny PIN,<br />
které zajišťují transport auxinu. Tenkrát<br />
ještě genom přečtený nebyl. Strávil jsem<br />
v laboratoři deset měsíců a našel jsem<br />
sedm genů. Čtrnáct dní poté, co jsem práci<br />
dokončil, byl publikován genom. Celá ta<br />
desetiměsíční práce byla v té chvíli otázkou<br />
deseti sekund.<br />
Nenaštvalo vás to? — Tak to ve vědě chodí.<br />
Přečtení genomu huseníčku jsem přivítal, protože<br />
nám otevřelo možnosti, o kterých se nám<br />
dříve ani nesnilo. Pracovali jsme třeba na genu,<br />
o kterém jsme si mysleli, že je to zajímavý<br />
regulátor rostlinného vývoje. A najednou jsme<br />
zjistili, že v genomu vůbec není. Že to byla<br />
kontaminace z nějaké mouchy nebo komára,<br />
kterého někdo rozetřel při izolování DNA.<br />
Ušetřilo nám to spoustu zbytečné práce.<br />
PIN proteiny transportující auxin, které<br />
jste zmínil, vás v oboru proslavily, protože<br />
jste ukázal, že jsou to skutečně transportéry<br />
auxinu, a odhalil, jakou roli hrají<br />
v různých vývojových procesech. Také<br />
jste se podílel na objevu příbuzných proteinů<br />
PILS – mimo jiné s kolegy z Ústavu<br />
experimentální botaniky AV ČR. V článku<br />
v Nature z roku 2012 jste psali, že jste je<br />
objevili „in silico“, tedy v počítači. Jak to<br />
se znalostí genomu souvisí? — Najednou<br />
nemáte k dispozici jen rostlinu. Máte spoustu<br />
genů, o nichž nevíte, co dělají. Můžete<br />
Prof. Jiří Friml, Ph.D. (*1973)<br />
Vystudoval biochemii na Masarykově univerzitě v Brně (1997). Postgraduální<br />
studium molekulární biologie absolvoval v Ústavu Maxe Plancka pro šlechtění<br />
rostlin v Kolíně nad Rýnem a na tamní univerzitě získal doktorát z biologie<br />
(2000), pak následoval doktorát z biochemie na Masarykově univerzitě (2002).<br />
V letech 2002–2006 vedl výzkumnou skupinu na univerzitě v německém<br />
Tübingenu, kde se habilitoval v oboru genetika (2005). V letech 2006–2007<br />
vedl oddělení biologie rostlinné buňky na univerzitě v Göttingenu, mezi roky<br />
2007 a 2012 byl vedoucím skupiny na oddělení biologie rostlinných systémů<br />
Vlámského biotechnologického ústavu (VIB) v belgickém Gentu. V letech 2011–<br />
2014 působil také na Masarykově univerzitě, v brněnském CEITEC a v letech<br />
2012–2014 jako hostující profesor na univerzitě v Gentu. Od října 2012 vede<br />
laboratoř vývojové a buněčné biologie rostlin v Ústavu pro vědu a technologie<br />
(IST) v Klosterneuburgu u Vídně.<br />
Učí na IST, na Masarykově i Karlově univerzitě. V roce 2010 získal prestižní<br />
Körberovu evropskou vědeckou cenu, o rok později neméně prestižní ERC<br />
grant a v roce 2012 medaili EMBO (Evropské organizace molekulárních biologů).<br />
Na svém kontě má řadu publikací v Nature, Science, Cell, PNAS, PLoS Biology<br />
a dalších špičkových časopisech. S manželkou, slovenskou molekulární<br />
bioložkou Evou Benkovou-Frimlovou, mají dvě děti.<br />
si říct, že ten a ten gen vypadá zajímavě,<br />
a pokusíte se zjistit, co dělá.<br />
A podle čeho usuzujete, který gen „vypadá<br />
zajímavě“? — Většinou pomůže, pokud<br />
tvoří nějakou menší genovou rodinu. Pak<br />
je jasné, že v genomu není nebo nezůstal<br />
náhodou. Pokud během evoluce vzniklo<br />
třeba pět kopií jednoho genu a v genomu se<br />
udržely, pravděpodobně jsou něčím důležité.<br />
Pomůže také podívat se, kdy se daný gen<br />
objevil, s jakými změnami v evoluci rostlin<br />
to koreluje. V případě PILS jsme vyšli ze<br />
sekundární struktury PIN proteinů, tedy<br />
z uspořádání řetězce aminokyselin do šroubovic<br />
a β-skládaných listů. Existují bioinformatické<br />
nástroje, které prohledají všechny<br />
geny huseníčku a podívají se, jestli některé<br />
Snímek Bert Stephani / VIB.<br />
z nich nekódují protein, který sice má jinou<br />
sekvenci aminokyselin, ale jeho sekundární<br />
struktura je podobná.<br />
To se už ze sekvence aminokyselin dá<br />
poznat? — V hrubé podobě ano. Přesnou<br />
strukturu PIN neznáme dodnes. Ale například<br />
podle výskytu hydrofobních nebo naopak<br />
hydrofilních aminokyselin lze usuzovat na<br />
to, která část molekuly je transmembránová<br />
a která trčí do cytoplazmy. Tímto způsobem<br />
jsme objevili genovou rodinu PILS a začali<br />
jsme zjišťovat, jakou má funkci. Izolovali jsme<br />
mutanty a dívali jsme se, jak vypadají rostliny,<br />
které mají tyto geny poškozené. Nebo jsme naopak<br />
expresi těchto genů zvýšili a dívali jsme<br />
se, jak se na rostlinách projeví, že je těch proteinů<br />
moc. Zjistili jsme, že mají něco společného<br />
s transportem auxinu, takže strukturní<br />
podobnost se odráží i v podobné funkci.<br />
Proč si rostlina udržuje dvě odlišné<br />
genové rodiny, pokud mají stejnou<br />
funkci? — Právě že nemají. Ukázalo se, že<br />
PILS netransportují auxin na plazmatické<br />
membráně jako většina PIN proteinů, ale na<br />
endoplazmatickém retikulu. Otevřeli jsme<br />
tím úplně novou oblast výzkumu.<br />
Uvažovali jste o tom, že se auxin v endoplazmatickém<br />
retikulu rozkládá, takže<br />
PILS fungují jako „popelářské vozy“, které<br />
hormon odvážejí k likvidaci. Dozvěděli<br />
jste se za ty tři roky něco nového? — Musím<br />
říct, že pokrok zatím není příliš veliký, protože<br />
enzymů, které se na modifikaci auxinu<br />
v endoplazmatickém retikulu a v cytosolu<br />
podílejí, existují desítky, možná stovky. Některé<br />
ho nevratně degradují, jiné ho konjugují<br />
s aminokyselinami nebo s cukry, což může<br />
být v některých případech reverzibilní proces.<br />
Takto inaktivovaný auxin může sloužit<br />
jako zásoba. Takže rostlina může přesunem<br />
auxinu mezi různými vnitrobuněčnými<br />
„továrnami“ rozhodovat o tom, co se má<br />
s auxinem stát. Původní hypotéza pořád platí<br />
a získáváme pro ni postupně podporu, i když<br />
ještě nevíme přesně, jak to celé funguje.<br />
Auxinu jste tedy věrný stále? Ve vašem seznamu<br />
recentních publikací vidím práce<br />
týkající se vlivu vápníku na buněčnou polaritu<br />
nebo osmotického stresu, ale to vše<br />
asi s auxinem nějak souvisí. — Od auxinu<br />
jsme se dostali k buněčné polaritě, protože<br />
proteiny pro jeho transport jsou polárně lokalizované,<br />
takže nás zajímalo, jak to buňka<br />
udělá, že správný protein přijde na správnou<br />
stranu buňky. Zjistili jsme, že k vyřešení této<br />
otázky musíme pochopit, jak se proteiny<br />
dostávají na membránu a jak jsou z ní opět<br />
recyklovány. Tím jsme se dostali k endocytóze<br />
a k vlivu změn osmotického prostředí.<br />
Tato témata sice s auxinem souvisejí, ale<br />
mají obecnější význam.<br />
18 Vesmír 95, leden 2016<br />
www.vesmir.cz 19
Change language