Jeseteři žijí na naší planetě již od dob dinosaurů a zachovali si některé archaické a dnes již mezi ostatními obratlovci unikátní znaky. Přestože jsou jeseteři evolučně velmi úspěšní, čelí dnes vyhynutí. V tzv. červené knize ohrožených zvířat je 16 z 27 druhů jeseterů klasifikováno jako kriticky ohrožení.
„Evidentně je na vině člověk, který při honbě za kaviárem vydrancoval většinu jeseteřích populací. Nemalou měrou je na vině rovněž znečištění vodních toků a výstavba přehrad, které brání jeseterům při jejich migracích za reprodukcí. Proto jsme se začali zabývat vývojem metod, které mají za cíl ochranu a genetickou konzervaci jeseterů,“ říká doc. Ing. Martin Pšenička, Ph. D., z Fakulty rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, který vedl projekt podpořený Grantovou agenturou České republiky s názvem „Jaderný transfer u ryb: šance pro obnovení mizejících druhů jeseterů.”
Oplození somatickou buňkou
Vědci se vydali dvěma směry. Prvním byl klasický jaderný transfer. Podstata metody je jednoduchá. Vezme se buňka ohroženého druhu jesetera, například z ploutve, a injikuje se do vajíčka náhradního blízkého druhu. Vajíčko je tedy „oplozeno“ nikoliv spermií, ale somatickou buňkou. Vajíčko z nějakého důvodu pozná, že je přítomná buňka diploidní (obsahuje kompletní informaci ke vzniku jedince) a genetickou informaci vajíčka vyloučí. Výsledný organismus je klon, který má jadernou genetickou informaci pouze somatické buňky donora. Druhým směrem bylo využití unikátního fenoménu polyspermie u jeseterů, tedy oplození jednoho vajíčka více spermiemi.
Rýhování embya jesetera malého
„Tato vlastnost by mohla být využita k obnově druhu pouze ze spermie a vajíčka náhradního druhu. Zde je nutné si uvědomit, že vajíčka ryb nepřežívají zamražení. Uchování genetického materiálu ve zmraženém stavu lze tedy pouze v podobě spermií či buněk,“ vysvětluje doc Pšenička.
Hlavní výzvou při řešení projektu bylo zvýšení životaschopnosti výsledných klonů. Na jednu stranu je totiž tato metoda u ryb velmi zvýhodněna externím oplozením a vývojem, ovšem na druhou stranu mají klonované ryby obecně velmi malé přežití, a to včetně modelových druhů, jako jsou dánio pruhované, karas obecný nebo medaka japonská. U těchto druhů lze získat okolo 20 % embryí, přičemž nejlepšího výsledku bylo dosaženo při získání cca 2 % dospělců. „V naší práci se nám po řadě optimalizací podařilo získat přes 60 % embryí u různých druhů jeseterů. Bohužel po stadiu blastuly přicházely další velké ztráty,“ říká Martin Pšenička.
Životaschopné hybridy
Velkým překvapením pro vědecký tým bylo zjištění, že po vniknutí více spermií do vajíčka se embrya normálně vyvíjela. Po analýze vzniklých polyspermních embryí vědci zjistili, že jedna spermie splyne s prvojádrem vajíčka a vytvoří zygotu, jedna až tři spermie vytvoří blastomery (embryonální buňky), které se vyvíjí samostatně s genetickou informací pouze od otce a další spermie (až desítky) zanikají. Část buněk nesoucí pouze otcovskou jadernou genetickou informaci se diferencuje do zárodečných buněk, a předává tak (zatím jen teoreticky) genetickou informaci do další generace. „Pokud víme, tak se jedná o unikátní mechanismus oplození. Tento objev nám dal možnost vytvořit první životaschopné hybridy, vzniklé ze tří rodičů různých druhů: jesetera ruského, jesetera sibiřského a jesetera malého. Jeden potomek tak měl jednu matku a dva otce, kde spermie jednoho druhu fúzovala s prvojádrem vajíčka druhého druhu (diploidní linie) a spermie třetího druhu vytvořila samostatnou klonální haploidní linii,“ vysvětluje docent Pšenička.
Jeseter malý
Jesetery lze klonovat
Nejdůležitějším závěrem projektu je, že jesetery lze klonovat, tedy obnovit genomovou informaci jedince z neinvazivně odebrané somatické buňky. Tyto buňky lze bez problémů dlouhodobě uchovávat zamražené v tekutém dusíku.
Rozhodujícím krokem optimalizace jaderného transferu byla zdánlivá maličkost, množství buněk potažmo jader somatických buněk, které byly injikovány do vajíčka. Se zvyšujícím se počtem buněk se zvyšovalo i přežití klonů.
Tuto schopnost vajíčka akceptovat více jader lze přirovnat ke schopnosti akceptovat více spermií – polyspermii.
Centrum výzkumu jeseterů
Ve Francii a Německu vědci pracují na ochraně a obnově jesetera velkého, který byl mimochodem i původním druhem v České republice. Nyní je tento druh, jako řada dalších, na pokraji vyhynutí. Zahraniční vědci dlouhodobě podněcovali myšlenku aplikace jaderného transferu na jesetery. „Kolegové ve Francii mají již dlouholeté zkušenosti s jaderným transferem u karasa obecného, ale na práci s jesetery nemají zázemí. Naše laboratoř s nimi na toto téma navázala spolupráci a domluvili jsme se, že metodu přeneseme na jesetery. Máme ve Vodňanech unikátní sbírku jedenácti druhů jeseterů a mezi nimi i jesetera malého, kterého jsme si zvolili jako modelový druh,“ uvádí doc. Pšenička. Tato ryba dospívá relativně brzy (4-5 let) a jak jeho druhový název napovídá, tak má relativně nízké nároky na prostor. Na Fakultě rybářství a ochrany vod zvládají výtěr této ryby od ledna až do června, což otevřelo možnosti širokého výzkumu. Díky tomu se tým vědců pod vedením doc. Martina Pšeničky dostal do povědomí řady výborných vývojových biologů z celého světa, kteří s ním nyní navazují spolupráci. Fakulta rybářství a ochrany vod se tak stala jakýmsi celosvětovým centrem výzkumu jeseterů.
doc. Ing. Martin Pšenička, Ph.D. se narodil 17. ledna 1981 v Karlových Varech. Vystudoval Střední rybářskou školu v Třeboni a následně Jihočeskou univerzitu v Českých Budějovicích, obor všeobecné zemědělství se specializací rybářství. Studium prohluboval dále na Univerzitě Hokkaido v Japonsku. Od roku 2010 působí jako akademický pracovník na Fakultě rybářství a ochrany vod na Jihočeské univerzitě v Českých Budějovicích a je zde vedoucím Laboratoře zárodečných buněk. Je hlavním pořadatelem významných mezinárodních konferencí a také hostujícím editorem v časopise Journal of Applied Ichthyology, Fish Physiology and Biochemistry a International Journal of Molecular Sciences.
Na úvodním obrázku: Larva jesetera malého.