Je dlouhověkost včelí matky daná aktivitou telomerázy?
V přírodě lze obecně pozorovat to, že pokud jedinec investuje do vlastního rozmnožení, pak tím automaticky sníží jak svou vitalitu, tak délku svého života. Zjednodušeně tedy řečeno, více potomstva rovná se kratší život a slabší zdraví. A ačkoliv se dosud dostatečným způsobem nepodařilo identifikovat molekulární či fyziologickou podstatu tohoto jevu, známého pod pojmem „cost of reproduction“ (cena za rozmnožení), lze tento fenomén sledovat napříč spektrem nejrůznějších organismů, nicméně s jednou podstatnou výjimkou, a tou je sociální hmyz.
Jsou to totiž paradoxně jedinci reprodukčních kast sociálního hmyzu dožívající se mnohonásobně vyššího věku než nerepro-dukční jedinci téhož druhu. Skvělým příkladem je právě včela medonosná, u níž se matky dožívají až šedesátinásobně delšího věku v porovnání se včelími dělnicemi.
Telomery jako důvod dlouhověkosti
Existuje mnoho dohadů o tom, co vlastně umožňuje reprodukčním
kastám sociálního hmyzu žít tak poměrně dlouho. Podle jedné z domněnek za tím
stojí vysoká aktivita telomerázy, tedy enzymu, který nasedá na konce chromozomů,
tzv. telomery, ke kterým opakovaně přidává nově vytvořené úseky DNA a vlastně
tak telomery prodlužuje. Lze hovořit o jakési schopnosti renovace telomer. Krom
volných kyslíkových radikálů, které s oblibou „ohlodávají" konce chromozomů, se
totiž chromozomální konce přímo zákonitě zkracují s každým buněčným dělením
(jedná se o vliv nekompletní syntézy DNA, která buněčnému dělení předchází).
Činnost telomerázy je tedy zcela zásadní pro udržení jak genetické informace,
tak udržení života. Zjištění, že telomery a činnost telomerázy úzce souvisí se
stárnutím a vznikem řady civilizačních onemocnění, posunulo výzkum telomer za
poslední tři dekády na výsluní vědeckého snažení. Výzkumem na člověku a dalších
savcích se poměrně dobře podařilo prokázat, že se v průběhu vývoje jedince
aktivita telomerázy postupně snižuje, a tak délka telomer zkracuje, a že tedy
telomerická délka funguje jako jakýsi indikátor stárnutí. Co vzbuzuje skutečné
pozdvižení, je to, že délka telomer odráží zdravotní kondici a schopnost
dlouhověkosti. Jeví se totiž, £e dospělí jedinci s dostatečně dlouhými
telomerami v proliferačně aktivních, tj. dělících se buňkách, na tom bývají
zdravotně mnohem lépe a dožívající se vyššího věku než jedinci s poměrně
krátkými telomerami. Do třetice je třeba zmínit vliv stresu, a to nejen
oxidačního stresu v podobě již zmíněných volných kyslíkových radikálů, ale
nejrůznějších stresových podmínek.
Příkladem je včela medonosná, jejíž matky se dožívají až šedesátinásobně delšího
věku v porovnání se včelími dělnicemi z vnějšího prostředí, tak i psychického
stresu, tedy celkově stresu, který, jak se zdá, může přispívat ke zkracování
telomer. Na druhou stranu je třeba velmi zdůraznit nutnost přísné regulace
aktivity telomerázy s tím, že pro organismus je v daném okamžiku zásadní mít
telomerickou délku ani ne moc krátkou, ani ne moc dlouhou, ale zkrátka
optimální. Když se totiž v buňce telomerická délka, a to následkem x-tých
buněčných dělení a současně absence telomerázy, zkrátí na určitou kritickou mez,
spustí se mechanismus znemožňující další dělení dané buňky. To je jev, který
zcela jistě nachází mimořádně důležitého uplatnění při vývoji jednotlivých
orgánů, protože vývoj každého orgánu musí být ve správném okamžiku zastaven. A
to je ten důvod, proč se aktivita telomerázy v průběhu vývoje jedince snižuje, a
to až tak, že se nakonec u dospělého jedince u většiny tělních buněk telomeráza
zcela vytrácí. Za normálních okolností stálou telomerázovou aktivitu u dospělého
člověka vykazují pouze buňky, které jsou běžně proliferačně aktivní, což jsou
typicky zárodečné buňky, tedy ty, z nichž se vyšijí spermie a vajíčka, nebo také
kmenové buňky. A pokud v nesprávném čase a na nesprávném místě dojde nějakou
chybou k reaktivaci telomerázy či její přílišné aktivitě, může to být důvodem
třeba pro nekontrolovatelné nádorové bujení.
Telomeráza u včely medonosné
Náš tým, který se dlouhodobě orientuje na výzkum telomer
hmyzu, se v posledních dvou letech zabýval telomerázovou aktivitou u včely
medonosné, přičemž výsledky studie byly uveřejněny v letošním roce v časopise
Chromosoma. Pomocí metody TRAP (Telomeric Repeat Amplification Protocol) naše
práce potvrdila, že obdobně jako u obratlovců tak i v průběhu vývoje včely
aktivita telomerázy obecně klesá (graf). V tkáních dělnic a trubců je aktivita
telomerázy od larválního vývoje utlumena, a to zhruba na 10 % ve srovnání s
aktivitou u embryí. Vzhledem k embryím je také mírně snížená aktivita u varlat,
ale to pouze na přibližně 60 %. Ovšem zcela překvapivých výsledků jsme získali u
včelích matek. Krom toho, že, a to veskrze dle našeho očekávání, aktivita
telomerázy narostla u matek v jejich vaječnících (a to před vykuklením matky na
160 % úrovně embryí), tak jsme rovněž v porovnání k trubcům a dělnicím
pozorovali desetinásobné zvýšení aktivity ve třetím larválním instaru. Nicméně,
až mimořádný nárůst aktivity byl nalezen v mozcích dospělých včelích matek, kde
aktivita telomerázy dosahovala až 70ná-sobku úrovně pozorované v mozcích trubců
a dělnic. Zvýšená telomerázová aktivita ve třetím larválním instaru matek může
být spjata buďs determinačním procesem matek či ještě mnohem pravděpodobněji s
výrazně rychlejším růstem larvičky matky v porovnání s larvičkami trubců či
dělnic.
V posledních desetiletích nejenže včelí populace klesá, ale klesá i délka života
a výkonnost včelích matek
Co ale stojí za extrémním nárůstem telomerázy v mozcích dospělých matek, o tom
se můžeme skutečně jen dohadovat. Sice naše zjištění ladí se zmíněnou domněnkou,
že dlouhověkost včelích matek by mohla být spjata s jejich vysokou telomerázovou
aktivitou, ale na druhou stranu mozkové buňky dospělců obvykle nejsou nijak
zvlášť proliferačně aktivní. Proč tedy tak vysoká hladina telomerázy? Je možné,
že by zde telomeráza zajišťovala ještě jinou, nám zatím zcela neznámou funkci.
Každopádně bude určitě stát za to, abychom se v budoucnu na pozorovaný jev ještě
jednou, a to detailněji podívali.
Je známo, že v posledních desetiletích nejenže včelí populace
celosvětově klesá, ale klesá i délka života a výkonnost včelích matek. Lze
soudit, že na vině bude koktejl stresových faktorů, kterým jsou včely opakovaně
vystavovány, jako jsou nej různější pesticidy v životním prostředí včel, nízká
pestrost potravy či pro včely nepřirozená strava v zimním období a mnohé další.
Jak již bylo zmíněno, délka telomer a aktivita telomerázy může být stresem
ovlivněna, alespoň se to takto jeví z výzkumu u savců. Ovšem lze podobný efekt
pozorovat i u včel? Protože některé naše předběžné výsledky naznačují, že snad
ano, bude pro nás příjemnou povinností se výzkumu na včelách, a to ve spolupráci
s českými včelaři, věnovat i v nadcházejících letech. Protože je to nejenže
alarmující úbytek včel, který nás k našemu snažení vede, ale jsou to především
včely samotné, které si zaslouží mimořádnou pozornost nás všech.
Z časopisu včelařství:
RNDr. Radmila Čapková Frydrychová, PhD. Entomologický ústav, Biologické centrum
AV ČR České Budějovice Ilustrační foto: Pavel Cimala
Poděkování: Práce byla podpořena projektem Strategie AV21, výzkumný program
Rozmanitost života a zdraví ekosystémů, aktivita Zdraví včel, 2016.