Tajemství dlouhověkých hub: DNA václavek je obrněná proti času

Některé exempláře václavky hlíznaté (Armillaria bulbosa) jsou staré více než 1 500 roků a váží impozantních 10 000 kilogramů. Václavka tedy není zdaleka tak stará jako borovice osinatá (Pinus longaeva) z hřebenů Bílých hor na pomezí Kalifornie a Nevady. Ta totiž roste déle než 5 000 roků.

Hmotností houba zase výrazně zaostává za velrybou plejtvákem obrovským (Balaenoptera musculus), který v dospělosti dorůstá hmotnosti až 180 tun. Přesto je velikost a dlouhověkost těchto hub pozoruhodná a staví nás před nejednu záhadu. Jak si například václavka na tak dlouhou dobu pojistí dědičnou informaci proti defektům, které by měl v její DNA zákonitě vyhlodat zub času?

Žádné chyby při kopírování?

Václavky žijí na kořenech různých dřevin. Když na podzim na pařezech nebo kmenech stromů vyrostou jejich plodnice, můžeme to považovat za zevní projev „houbové nemoci stromů“. Vznik impozantní houby je celkem nenápadný. Splynutím dvou pohlavních buněk vzniká jedna buňka, která se následně množí a rozrůstá, zabírá nová území a napadá další stromy. Invaze václavky probíhá skrytě v podzemí, kde rostou její několik milimetrů silná vlákna podobná kořenům vyšších rostlin.

Odborně jsou tyto „kořínky“ označovány jako rhizomorfy. Detailnější pohled odhalí, že jsou spletené z mnohem jemnějších houbových vláken zvaných hyfy. Plocha, kterou může obsadit jediná houba, představuje i několik čtverečních kilometrů. Na povrchu viditelné plodnice přitom reprezentují jen nepatrný zlomek celého organismu houby.

Úctyhodný je i věk podzemní sítě rhizomorfů václavek. Nejstarší části vyrostly před staletími i tisíciletími. To nás staví před otázku, jak si houba po tak dlouhou dobu udrží pořádek v dědičné informaci, protože dvojitá šroubovice DNA rozhodně není nezranitelná. Dochází v ní k náhodným poškozením. Když buňka při dělení vyrábí nové kopie své DNA pro dceřinou buňku, neubrání se řadě chyb. V buňkách člověka vedou podobné chyby například k rakovině. Proto má prakticky každý z nás ve stáří v těle buňky se silně poškozenou DNA a propadající zhoubnému bujení. Jenže co je nějakých osmdesát či devadesát roků lidského života proti půldruhému tisíciletí existence václavky hlíznaté?

Nerozbitné není nutné opravovat

Kanadští vědci James Anderson a Stefan Catona prozkoumali stav dědičné informace václavky hlíznaté, která byla proti rekordnímu exempláři pouhý trpaslík. Pod zemí se její vlákna rozrostla na ploše asi 200 × 60 metrů. Anderson a Catona odebrali vzorky z rhizomorfů v různých místech a porovnali jejich kompletní dědičnou informaci.

Z výsledků analýz vyplývá, že dědičná informace václavky je ve srovnání s jinými organismy „nerozbitná“. Pravděpodobnost, že se během jednoho roku poškodí DNA v jednom daném místě, je jedna ku šedesáti miliardám. Pravděpodobnost, že během dělení buněk václavky dojde k jedné chybě při syntéze nových dvojitých šroubovic DNA, je ještě menší – jedna ku třem stům bilionům. Anderson a Catona došli k závěru, že dědičná informace václavek je asi tisíckrát „nerozbitnější“ než dědičná informace jiných hub. Jak si to václavka zařídí?

Z přírody známe celou řadu organismů, které přežívají i v prostředích, kde je dědičná informace vystavena velmi brutálním podmínkám a měla by se rychle měnit na „genetický šrot“. Například bakterie Deinococcus radiodurans přežívá i v nitru jaderných reaktorů, kde dostává dávky záření, jež desetitisíckrát převyšují množství záření, které je pro člověka smrtelné. Její dědičná informace je pod vlivem záření roztrhána na kusy, ale bakterie si ji během několika málo hodin opraví a uvede do plně funkčního stavu.

Podobně zdatnými opraváři těžce havarované DNA jsou bezobratlí živočichové vířníci (Rotifera) náležející do skupiny pijavenek (Bdelloidea), kteří hravě zacelí díry v DNA vzniklé vyschnutím jejich organismu na troud. Jenže václavka nemá takové opravy vůbec zapotřebí, protože její dědičná informace postihují jen minimální škody. Tajemství úspěchu václavky hlíznaté spočívá v tom, jak roste a jak rozděluje dědičnou informaci při množení buněk.

Ze zálohy na přední pozice

Všechny organismy mají k dispozici zásobu buněk, které slouží jako „základní surovina“ pro vznik nových buněk. Obvykle se takovým buňkám říká „kmenové“, protože se u nich jako u kmene stromu sbíhají pomyslné větve osudů všech buněk dané tkáně nebo orgánu.

Například lidská kůže má pod povrchem vrstvu kmenových buněk, které se dělí zvláštním způsobem. Jedna buňka si podrží původní vlastnosti kmenové buňky. Druhá se proměňuje v buňku nutnou pro obnovu kůže, která se neustále opotřebovává a odumřelé buňky se z ní odlupují v jemných šupinkách. Pokud má naše pokožka plnit správně všechny své funkce, musí se kmenové buňky činit ze všech sil, aby „masový úhyn“ buněk nahradily. Při každém dělení kmenové buňky hrozí vznik chyb v nově vytvářené kopii dědičné informace a následně i nejrůznější defekty. Pokud chyba postihne kmenovou buňku, je to velký problém, protože defektní jsou i všechny další buňky, které z takové poškozené „buněčné suroviny“ vzniknou.

Houby a rostliny na to jdou úplně jinak. Kmenové buňky mají v „přední linii“ tedy na špičce pupenu nebo na konečku houbového vlákna. Kmenová buňka se rozdělí, dá vzniknout nové buňce a další růst a množení buněk už ponechá na ní. Riskantní množení se tedy odehrává jen z malé části v kmenových buňkách a v drtivé většině nesou jeho rizika jiné buňky. Kmenové buňky tedy prodělávají mnohem méně dělení, méně riskují a udrží se v lepší kondici. Václavce hlíznaté tak vydrží kmenové buňky v dokonalém stavu po dobu, za kterou se na zemi stihnou vystřídat desítky lidských pokolení.

Originál pěkně v bezpečí

Václavky mají k dosažení dlouhověkosti ještě jeden účinný trik. Před dělením kmenové buňky je podle předlohy její vlastní dědičné informace vytvořena kompletní kopie pro novou buňku. Protože při tvorbě nových kopií může docházet k chybám, bývá kopie i v případě DNA horší než originál. Buňka může dvě sady dědičné informace – předlohu a kopii – promíchat a rozdělit je pak náhodně mezi dvě vzniklé buňky. Pak by v kmenové buňce zůstávaly i některé nové kopie s chybami a kvalita dědičné informace kmenové buňky by postupně klesala.

Houby proto nechají v kmenové buňce „originální“ DNA a kopie s chybami strkají výhradně do nově vznikajících buněk. DNA kmenových buněk hub si díky tomu dlouhodobě drží vysokou kvalitu.

Příklad z opačného pólu

Péče o dědičnou informaci klade na václavku hlíznatou nemalé nároky, ale to se houbě bohatě vrátí v neomezeném růstu a metuzalémském stáří. Její zisky vyniknou ve srovnání s houbou přívěsenkou Podospora anserina, která má jepičí život. Vydrží nejvýše několik týdnů. K delší existenci nemá ani důvod, protože roste na trusu býložravců. To je ve srovnání s kořenovým systémem stromů hostícím nedobrovolně václavky substrát velmi pomíjivý.

Krátká existence nenutí přívěsenku, aby o svou dědičnou informaci nějak zvlášť pečovala. Její DNA nemusí být o mnoho trvanlivější než trus, na kterém houba roste. Přívěsenka proto klidně ukládá do kmenových buněk nově syntetizovanou dědičnou informaci se vzniklými chybami. Také nenutí kmenové buňky k tomu, aby omezovaly své dělení na nejmenší únosnou míru, jako to dělá václavka. Když vědci zajistili přívěsence v laboratoři trvalý přísun živin, houba ho nedokázala využít. Po pár týdnech začala chřadnout, na jejích buňkách se projevily těžké příznaky stárnutí a houba uhynula, i když kolem měla dostatek živin na další týdny a měsíce života.