Regulace biosyntézy vysoce nenasycených mastných kyselin (LC-PUFA) u ryb

Abstract

Předložená dizertační práce se zabývá studiem biosyntézy vysoce nenasycených mastných kyselin s dlouhým řetězcem u ryb, přičemž se zaměřuje na její roli v adaptaci ryb na nové měnící se podmínky životního prostředí. V experimentální části zkoumá vliv narušené dráhy LC-PUFA biosyntézy na reprodukci ne modelovém organizmu ryby zebřičky (Danio rerio) reverzně genetickým přístupem využívajícím populární systém CRISPR/Cas9. Po celou dobu historie Země se živé organizmy vyvíjely v reakci na přirozenou změnu klimatu, pomalý přírodní jev trvající tisíce až miliony let. V posledních necelých 100 letech však lidské činnosti vyvolaly překotné globální oteplování. Kvalita potravy, pokud ji definujeme jako hodnotu produktu pro fyzické zdraví, růst, vývoj a reprodukci, je ohrožena. Klesá v ní totiž zastoupení jedněch z esenciálních složek potravy pro prakticky všechna zvířata a pro člověka vysoce nenasycených mastných kyselin s dlouhým řetězcem (LC-PUFA). Zvířata a lidé obvykle mají schopnost tvořit si tyto biomolekuly uvnitř svých buněk z esenciálních kratších a méně nenasycených osmnáctiuhlíkových mastných kyselin, ovšem výtěžek takto vytvořených molekul je příliš nízký na to, aby pokryl fyziologické potřeby organizmu. Spíše je předpokládáno, že tato dráha plní funkci jakéhosi kompenzačního aparátu jehož úkolem je udržení homeostázy za kolísajících podmínek prostředí. První krok LC-PUFA biosyntézy je katalyzován enzymem FADS2. Bylo prokázáno, že fads2 byl klíčovým metabolickým genem, který v minulosti umožnil kolonizování nutričně chudého prostředí sladkých vod po ústupu ledovců některým rybám. A dokonce i v lidské populace vykazoval fads2 gen silné známky selekce, jak bylo prokázáno u grónských Eskymáků osídlujících polární oblasti. Kapitola 2 této práce shrnuje současné poznatky a zhodnocuje strukturně-funkční vlastnosti desaturázy FADS2 u ryb v kontextu adaptací na prostředí a jako cíle pro genetické inženýrství. Práce zdůraznila potenciál FADS2 hrát zásadní roli v přizpůsobování se novým podmínkám prostředí, zhodnotila dosavadní výzkum v této oblasti s cílem objasnit evoluční historii FADS2 u ryb přičemž vyzdvihuje pozoruhodnou plasticitu FADS2. Nastínila I některá řešení genetického inženýrství v podobě geneticky modifikovaných organizmů. Prezentovali jsme FADS2 jako fascinující enzym s dalekosáhlými důsledky pro udržitelnost životního prostředí. Z dosavadního výzkumu jasně plyne, že množství a kompozice LC-PUFA přijmutích v potravě ovlivňují reprodukční vlastnosti generačních ryb. Dosud však nebyl studován vliv delece genu fads2 (úbytku endogenně vytvořených LC-PUFA biomolekul) na reprodukci u ryb a dokonce i u anamniote obecně. Cílem práce shrnuté v kapitole 3 této práce proto bylo zjistit, zda existuje přímá funkční souvislost mezi genem fads2 a některými vlastnostmi souvisejícími s reprodukcí u vybraného modelového organizmu ryby - zebřičky (Danio rerio) reverzně genetickými přístupy. Zhotovili jsme "knockout" zebřičky fads2 genu a poté jsme stanovili profil mastných kyselin jiker, které dospělé samice kladly. Pozorovali jsme existenci alternativní ?8 desaturační dráhy (elongace ? ?8 desaturace ? ?5 desaturace) vedle klasické ?6 dráhy (?6 desaturace ? elongace? ?5 desaturace) u samic zebřiček in vivo. Vysvětlujeme si ji jako aktivní regulaci biosyntézy LC-PUFA za podmínek nedostatku funkčních alel fads2 genu v důsledku cílených mutací pomocí metody cíleného editování genomu CRISPR/Cas9. Dospěli jsme k závěru, že bifunkční desaturáza ?6/ ?5 je ve skutečnosti trifunkční ?8/?6/?5 desaturáza.