Výzkum stárnutí prochází převratným obdobím – ukazuje se, že současné teoretické základy našeho chápání evoluce a mechanismů stárnutí nemohou dobře vysvětlit pozorované aspekty stárnutí v přirozených podmínkách. Jedním z faktorů je nedostatek informací o vzájemných vztazích mezi demografickými, evolučními a funkčními aspekty stárnutí u přirozeně žijících populací. I lidé prošli v posledních staletích významnými demografickými změnami.
„Přínosem studia stárnutí u divoce žijících populací zvířat je především pochopení vlivu ekologických faktorů pro jeho evoluční dynamiku,“ říká v rozhovoru doc. RNDr. Martin Reichard, Ph.D. z Ústavu biologie obratlovců Akademie věd ČR. Jako řešitel projektu GA ČR „Stárnutí v přirozených populacích: od demografie po genovou expresi“ problematiku stárnutí zkoumal.
Hlavním předmětem zájmu projektu byl halančík, malá ryba obývající dočasné tůně v africké savaně. Halančíci jsou modelovou skupinou pro výzkum stárnutí a umožňují rychle, vzhledem k jejich rychlému životu, otestovat otázky, na jejichž odpověď bychom jinak čekali mnoho let. Je to jakýsi most mezi výzkumem rychle žijících bezobratlých a nám blízkých, ale dlouho žijících obratlovců. Halančík spojuje výhody obou typů modelů – přirozeně krátký život bezobratlých a tělní plán obratlovců.
Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?
Halančíci jsou hojně využívaným modelovým druhem pro výzkum různých aspektů stárnutí. Našim cílem bylo zjistit, jak probíhá život těchto ryb, od narození do smrti, v přírodních podmínkách. K tomu jsme potřebovali pravidelně navštěvovat několik vzdálených populací halančíků, sledovat jejich počty v konkrétním čase, odebírat vzorky tkání na pozdější analýzy a zaznamenávat, jak se mění parametry jejich prostředí. To vše jsme potom vyhodnotili s ohledem na stárnutí a přežívání ryb v daných populacích.
Jak probíhala samotná práce na projektu?
Na samém začátku byla půlroční terénní expedice do jižního Mosambiku naplánovaná tak, aby pokryla období dešťů, kdy se halančíci líhnou, a několik následujících měsíců, během nichž tůně s halančíky postupně vysychají. Mosambik se nevyznačuje zrovna vyspělou infrastrukturou. Dva členové týmu, Milan Vrtílek jako postdoktorand a Jakub Žák, dobrovolník a současný doktorský student, proto pobývali půl roku v Mosambiku v zapůjčeném terénním autě. Tři další členové týmu do Mosambiku střídavě jezdili, pomáhali v terénu a odváželi cenné vzorky do laboratoře. V Evropě byly potom vzorky analyzovány z pohledu genové exprese, metabolomiky, či histologie – za účasti mnoha kolegů v rámci týmu i ve spolupráci s laboratořemi v Česku a jinde v Evropě.
Halančík Nothobranchius furzeri – můžete tuto rybu více přiblížit? Proč jste právě tento druh v projektu využili, čím je ryba zajímavá?
Tento halančík je malá ryba obývající dočasné tůně v africké savaně, které se plní sezónními dešti. Jedním z vedlejších výsledků našeho projektu bylo zjištění, že tento druh halančíka může dospět již za 2 týdny po vylíhnutí z jiker a stihne se rozmnožit i v tůních, které existují méně než 3 týdny. Jikry přežívají naprostou většinu roku ve vyschlém bahně, ve stádiu takzvané diapauzy. V té době je jejich metabolismus minimalizován a embrya přežijí nejen vyschnutí, ale třeba i úplnou absenci kyslíku.
Tato ryba má tedy dvě vývojové fáze. Jako embryo se její vývin může na mnoho měsíců úplně zastavit. Po vylíhnutí naopak vše probíhá ve zrychleném módu a během pár týdnů stihne halančík projít všemi fázemi života až po senescenci, kdy začínají selhávat jednotlivé funkce organismu a dochází k stárnutí typickému pro ostatních obratlovce, včetně člověka.
V základním popisu projektu jsem narazil na výrazy jako „histopatologie….markery oxidačního stresu tkání…regulace genové exprese“. Můžete tyto pojmy více vysvětlit?
V rámci projektu jsme zkoumali, zda halančíci během života prochází podobnými změnami jako ostatní obratlovci, včetně člověka. Určité projevy stárnutí jsou podobné pro většinu živočichů. Histopatologickými vyšetřeními jsme například zaznamenávali změny v jaterní tkáni, především s ohledem na výskyt nádorů, které pozorujeme u halančíků v zajetí.
Oxidativní stres vzniká jako vedlejší produkt základních buněčných procesů a způsobuje širokou škálu problémů. Zjednodušeně se jedná o poškození volnými radikály, které se uvolňují během buněčného metabolismu. S věkem se dopady oxidativního stresu hromadí a nás zajímalo, jak tento nárůst souvisí s ostatními parametry stárnutí.
K regulaci genové exprese lze stručně říct, že popisuje, které geny jsou nejvíce aktivovány a přepisovány. Z toho vyvozujeme, jak jsou určité metabolické dráhy využívány a jak dobře fungují. Obecně víme, že ve starším věku bývá regulace genové exprese narušena – s nepříznivým vlivem na činnost tkání a orgánů.
Potvrdily se předpoklady a cíle, se kterými jste do projektu šli?
Částečně ano, základní předpoklady se ukázaly platné. Ale zdaleka ne všechny. Například jsme předpokládali, že v přírodě budou halančíci vystaveni většímu stresu a náročnějším podmínkám prostředí. A že to uvidíme na rychlejším zhoršování jejich zdravotního stavu než v zajetí. Což se nepotvrdilo. Naším hlavním cílem bylo zjistit, zda a jak halančíci v přírodě stárnou, a to se nám zjistit podařilo.
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
V tomto projektu jsme se zabývali obecnými otázkami stárnutí, ale výstupy vytváří základ pro konkrétnější otázky. Halančíci jsou modelovou skupinou pro výzkum stárnutí a umožňují rychle, v řádu měsíců, vzhledem k jeho rychlému životu, otestovat otázky, na jejichž odpověď bychom jinak čekali mnoho let. Je to jakýsi most mezi výzkumem rychle žijících bezobratlých (octomilka, háďátko C. elegans) a obratlovců (např. myší). Halančík spojuje výhody obou typů modelů – přirozeně krátký život bezobratlých a tělní plán obratlovců.
Jedním za navazujících témat je například současná spolupráce s týmem profesora Slabého z brněnského CEITECu, kde nás zajímá variabilita mutací zodpovědných za spontánní vznik nádorů. Mnoho informací o nádorových onemocněních pochází z laboratorních kmenů, které jsou nejprve cíleně upraveny tak, aby byly náchylné ke konkrétním problémům, a ty jsou potom léčeny. Stejná nádorová onemocnění však mohou vznikat rozdílnými mutacemi, což velmi zásadně ovlivňuje úspěšnost léčby. Věříme, že halančíci zde mohou pomoci.
Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?
Některé články jsou citovány hojně. Třeba experimentální analýza vlivu mikrobiomu na přežívání z roku 2018, která vznikla ve spolupráci s kolegy z Max Planck Institutu v Kolíně nad Rýnem. Těm se podařilo významně prodloužit život halančíků tím, že jim transplantovali mikrobiom mladších jedinců. Tato práce je k dnešnímu dni podle Google Scholar citována 109x. Náš příspěvek spočíval v pochopení toho, jak vypadá a mění se mikrobiom ryb v přírodě a do jaké míry je mikrobiom halančíků v laboratoři možné považovat za přirozený. Ale i studie, které vznikly zcela z dat a vzorků nasbíraných během půlroční terénní práce, jsou na poměry našeho oboru, myslím, citovány docela obstojně – dva článku z roku 2018 mají přes 20 citací. V řadě ohledů jsme přinesli první poznatky o životě těchto modelových ryb v jejich přirozeném prostředí, takže doufáme, že o naše výsledky bude zájem dlouhodobě.
Budete zjištěné informace dále rozvíjet?
Během projektu jsme získali velké množství vzorků a dat, a nebylo v našich silách ani finančních možnostech je všechny zpracovat během tří let. Jak už to bývá, narazili jsme také na mnoho nových otázek, na které bychom se rádi podívali podrobněji.
Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
V současné době se náš výzkum stárnutí halančíků zaměřil na otázky týkající se rozdílů ve stárnutí uvnitř populací. Proč stárnou samci rychleji než samice? Jak souvisí délka života (a rychlost chřadnutí organismu) s investicí do potomstva? Jak se doba strávená v embryonální diapauze projeví na životě halančíků po vylíhnutí? A jaké jsou mechanismy těchto rozdílů?
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
Určitě existují uživatelsky intuitivnější systémy, ale zvykl jsem si. Nejhorší by asi bylo ten systém neustále měnit.