Článek
se kdysi rozběhly po Zemi jiným směrem než my.
Tomuto tvorečkovi je dobře v teplotách mezi 70 a 103 °C, bez kyslíku. Když má po ruce jednoduché cukry a síru, funguje spolehlivě a roste rychleji, než byste čekali. Síra pro něj není jen doplněk pekelné atmosféry: v takovém žáru pomáhá řešit chemii dýchání a uklidit přebytečný vodík, aby se buňka nezastavila.
Proč nás tenhle „horkomil“ zajímá
Nejjednodušší odpověď: jeho enzymy. Tam, kde se běžné bílkoviny hroutí, stroje Pyrococca teprve nabírají dech. A to se lidstvu velmi hodí.
Získali jsme díky tomu několik užitečných pomocníků:
Laboratorní „kopírka“ DNA
Přesná DNA polymeráza (známá z PCR). Pyrococcus se totiž dovede množit v horku a ještě si text DNA sám po sobě opravuje. Když v laboratoři potřebují naklonovat gen bez překlepů (což je u dlouhých úseků DNA obtížné), sáhnou vědci po polymeráze z horkých archeí. Ty jsou totiž spolehlivější než člověk.
Termostabilní „trávicí“ enzymy
Enzymy se používají pro mnoho procesů, třeba při zpracování škrobu a celulózy v mnoha odvětvích od potravinářství po výrobu biopaliv. Vyšší teplota ale urychluje chemické reakce a mění konzistenci (snižuje viskozitu) takových směsí. Česky: kaše se líp míchá, než když je z ní beton. A právě enzymy, které vyrábí Pyrococcus, fungují ve vyšších teplotách spolehlivě.
Zachrání nám Pyrococcus automobilový průmysl?
Vodík jako palivo je mantra evropských politiků. Problémů s ním spojených je mnoho, jedním z nich je neskutečně nákladná a náročná výroba. Tedy pokud chceme, aby byl vodík bio, tedy sám uhlíkově neutrální. Metabolismus Pyrococca vede za určitých podmínek k uvolňování molekulárního vodíku. A protože žije ve vysoké teplotě, je to všechno čisté a sterilní.
Jak s ním vědci pracují
Chovat (v tomto případě řekněme kultivovat) tvora, který žije ve vroucí vodě, není tak úplně snadné. Kultury Pyrococca se tedy udržují v uzavřených aparaturách – bez kyslíku, s inertním plynem, často s přídavkem síry. Teplotu musí udržovat tlakové reaktory nebo horké lázně; prostředí, kde Pyrococcus roste (médium), musí být dokonale čisté, protože žádná „nechtěná biologie“ Se nesmí vzorku dotknout. Jakmile se voda začne vařit, žádný bio černý pasažér by nepřežil, ale do té doby by nadělal neplechu. Pyrococcus je samotář, dole u podmořské sopky si na žádné sousedy nezvykl.
Upřímně: s celou buňkou Pyrococca pracujeme méně často než s jeho enzymy. Funguje to tak, že specializovaná laboratoř vypěstuje kulturu Pyrococců, odebere jim enzymy a naklonuje je do hostitelů, kteří zvládají normální pokojovou teplotu. Až pak se začnou vyrábět ve velkém, používají se a hlavně se zkouší, co ještě umí. Protože o této potvůrce a jejích schopnostech stále víme velmi málo.
A co takhle naklonovat tu příšerku rovnou
Vědci se samozřejmě snažili proces zjednodušit. Jedná se přece jen o jednobuněčný organismus, který by šel naklonovat a pozměnit tak, aby produkoval cenné enzymy či vodík, ale nevyžadoval extrémní podmínky pro svůj život.
Jenže geneticky měnit samotného Pyrococca šlo dlouho ztuha – archea nejsou „jiné bakterie“ nebo prvoci. Jsou to zcela jiné formy života, které kdysi dávno šly jinou cestou než jednobuněčné organismy, jejichž rodokmen vede až k nám. Ale vědci se v tomto v posledních letech posunuli.
Co z toho máme v reálném světě
Kromě PCR, která stojí za dnešní molekulární diagnostikou i výzkumem, se „horké enzymy“ dostávají v průmyslu všude možně. Pomáhají zkapalnit směsi se škrobem i při vyšších teplotách, předzpracovat biomasy, umožňují bezpečné a stabilní reakce v organické chemii.
Pomáhají všude, kde je teplo pro průběh reakce zásadní, ale běžné enzymy by se v něm rozložily.
Tam, kde se dřív řešilo, že enzym „umře“ dřív, než stihne udělat práci, se teď prostě může díky enzymům z Pyrococca přitopit. Jestli nám nakonec Pyrococcus pomůže i s výrobou v Bruselu vzývaného čistého vodíku (v dostatečném množství), to se teprve uvidí. Dokud ho nebudou vědci umět spolehlivě kultivovat i mimo bod varu, tak sotva. Teď je to zkrátka příliš pracné a drahé.
A pak je tu ještě nenápadná, ale důležitá lekce. Pyrococcus furiosus rozšiřuje naše chápání toho, co všechno je na Zemi možné. Když odložíme lidská měřítka komfortu, objeví se svět strategií, které by nás nenapadly: dýchat bez kyslíku, „jíst“ síru, udělat si domov v žáru. To není jen kuriozita z učebnice. Je to návod, jak hledat funkční řešení tam, kde by nás ani nenapadlo je zkoušet.
Odmala se učíme, že převařením vody veškerý život ukončíme. Ale pro někoho teprve začíná. A my z toho máme polymerázy bez chyb, enzymy, které se nezhroutí v horku, a pár nových nápadů, jak si půjčit triky z „peklíčka“ do naší každodenní technologie.
Zdroje:
https://en.wikipedia.org/wiki/Pyrococcus_furiosus
https://ec.europa.eu/programmes/erasmus-plus/project-result-content/140e4b6f-3e9f-40f3-b9b6-9122c3497c62/Student_Protocol_Biohydrogen__CZ_.pdf
