Vznik života na Zemi a možná i jinde ve vesmíru
Je život ve vesmíru vzácný nebo se naopak vyskytuje skoro všude? Odpověď na tuto otázku hledá projekt PROTOCELL Dr. Kláry Hlouchové, který vzniká v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Vědci se v experimentu zaměří na tzv. protobuňky — předchůdkyně dnešních buněk. Pokud se ukáže, že protobuňky vznikají i ve stavu beztíže, otevírá se možnost, že zárodek života mohl vzniknout i mimo naši planetu.
Hlubší vysvětlení experimentu a jeho cíl
Protobuňky jsou předchůdkyně dnešních buněk, mezistupeň mezi neživou hmotou a životem. S jejich pomocí se vědci a vědkyně snaží popsat, jak mohla vzniknout první živá buňka z chemických látek na rané Zemi. Prakticky se jedná o kapky kapaliny, které obsahují RNA a malé bílkoviny (peptidy), tedy látky pro život klíčové. Odborníci je dokázali připravit na Zemi, zatím se ale neví, jestli můžou protobuňky vznikat i v beztížném stavu. A právě tuhle mezeru ve znalostech by mohl zacelit pokus na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS).
Fakt, že buňky dokážou přežít vystavené kosmickým podmínkám, nebo že bakterie přetrvávají v hluboké zemské kůře a v trvalém ledu, je známý. Na základě nově získaných poznatků ovšem budou vědci schopni lépe ověřit, zda se prebiotické procesy (vznik organických molekul) známé ze Země, mohly odehrávat třeba taky na Marsu, měsících nebo v oblacích prachu kolem hvězd. Jedna z hypotéz tvrdí, že mikrobiální život nebo jeho zárodky (např. spory bakterií) byly z těchto objektů přeneseny na ranou Zemi, kde se dál vyvíjely až do dnes známých forem života.
Jak to funguje a jak bude experiment probíhat?
Ve spolupráci se společností Yuri GmbH vyšle tým Kláry Hlouchové do vesmíru malé inkubátory (tzv. Science Shells), které si můžete představit jako miniaturní laboratoře. V nich se automaticky smíchají roztoky RNA a peptidů, až vzniknou kapky připomínající protobuňky. Vestavěný mikroskop je bude v prostředí bez gravitace, kde teplota odpovídá teplotě lidského těla, sledovat několik hodin. Následně se vzorky zmrazí, aby je bylo možné prozkoumat po návratu na Zemi.
V protobuňkách se ze zmíněných RNA a peptidů skládá protoribosom (předchůdce ribosomu – molekuly zodpovědné za syntézu bílkovin v našich buňkách). Analýzu reakcí protoribosomu si vezme na starost Klářin kolega z ÚOCHB, Dr. Tomáš Pluskal se svým týmem a k měření využijí moderní a citlivý hmotnostní spektrometr. Cílem je zjistit, jestli se v kapkách uskutečnila chemická reakce vedoucí ke vzniku nových peptidů, tedy stavebních kamenů života. Experiment napoví, zda gravitace ovlivňuje vznik a chování základních živých systémů.
Test protobuněčných struktur v prostředí bez gravitace má velký popularizační a vzdělávací potenciál. Touto atraktivní a přístupnou formou lze totiž laické veřejnosti zprostředkovat výzkum původu a šíření života ve vesmíru a také obecně podpořit zájem o vědu.
Přehled institucí stojících za experimentem
- Ústav organické chemie a biochemie AV ČR
- Společnost Yuri GmbH
Hlavní zástupci řešitelského týmu
Dr. Tomáš Pluskal
Dr. Tomáš Pluskal vystudoval softwarové inženýrství na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy v Praze. Doktorát z molekulární biotechnologie absolvoval na Okinawa Institute of Science and Technology v Japonsku, kde strávil deset let. Pak skoro pět let působil na Whitehead Institute for Biomedical Research při MIT v Cambridge v USA. Od roku 2020 pracuje v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, kde vede vědeckou skupinu zaměřenou na biosyntézu rostlinných metabolitů. Ve svém výzkumu propojuje molekulární biologii, biochemii a umělou inteligenci. Jeho tým vyvíjí inovativní výpočetní metody pro interpretaci metabolomických dat a také pro objevování dosud nepoznaných molekul, hlavně v rostlinách. Tyto údaje lze pak využít například při vývoji nových léčiv. Je členem představenstva Mezinárodní společnosti pro metabolomiku a jeho softwarová platforma mzmine pro analýzu dat z hmotnostní spektrometrie má tisíce citací. S kolegy v Německu založil firmu mzio GmbH, která vyvíjí komerční verzi mzmine. Je laureátem Ceny Neuron pro mladé nadějné vědce a vědkyně v oboru chemie, členem prestižního programu pro mladé vědce organizovaného Evropskou organizací pro molekulární biologii (EMBO) a držitelem nejdůležitějšího evropského grantu ERC Consolidator Grant.
Dr. Klára Hlouchová
Dr. Klára Hlouchová vystudovala biochemii na Přírodovědecké fakultě UK. Jako postdoktorandtka pracovala na University of Colorado Boulder pod vedením prof. Shelley Copleyové a na NASA Astrobiology Institute v USA, kde se zabývala evolucí metabolických cest, což ji přivedlo k otázkám počátku života. To silně rezonovalo s její fascinací astrobiologií a studiem života ve vesmíru, a tímto směrem pak původem medicínská biochemička přeorientovala svou kariérní cestu. Pracovně dál zůstává ve spojení i s Ústavem organické chemie a biochemie, kde vznikl mimo jiné právě projekt PROTOCELL. Působí na Katedře buněčné biologie PřF UK a vede vlastní Laboratoř syntetické biologie. Svůj výzkum rozvíjí i díky významnému ERC Consolidator grantu, kterým Evropská výzkumná rada (ERC) podporuje projekty, jež mají potenciál zásadně posunout hranice lidského poznání. Je laureátkou Ceny Neuron pro mladé nadějné vědce a vědkyně v oboru biologie.