Když v šedesátých letech dvacátého století americký mikrobiolog Thomas Brock studoval horké prameny v národním parku Yellowstone, narazil na zvláštní druh mikrobů, které právě v tomto nehostinném prostředí dokážou přežívat. Tehdy nemohl tušit, že právě tyto pozoruhodné organismy se stanou hlavní zbraní lidstva v boji proti novému koronaviru.
Testy na koronavirus má lidstvo díky extrémním bakteriím z pramenů v Yellowstonu
Brock si, stejně jako všichni ostatní návštěvníci Yellowstonu, všiml povlaku žluté hmoty u termálních pramenů. Ale na rozdíl od nich se rozhodl ji analyzovat. Objevil, že je tvořená mikroby schopnými vyprodukovat enzymy, které jsou neobvykle odolné proti horku.
Dnes jsou tyto enzymy klíčovou součástí takzvaných PCR testů, jimiž se odhalují nejen koronaviry, ale také mnoho dalších mikroorganismů. A díky Brockovu objevu PCR testy v laboratořích po celém světě umožňují studovat malé vzorky genetických materiálů, aby se daly vytvářet miliony jejich kopií. Tato technika by bez bakterií odolných vůči teplu nebyla možná.
Příběh jednoho objevu
Pro časopis National Geographic profesor Brock popsal, jak ke svému objevu ve slavném národním parku došel. „Nikdy předtím jsem neviděl horké prameny,“ vzpomínal. Malebnost gejzírů ho překvapila. Když se zeptal jednoho z hlídačů, co jsou zač nažloutlé skvrny okraji termálních pramenů, dozvěděl se, že to vlastně nikdo pořádně neví, protože tento fenomén ještě nikdo nestudoval.
GALERIE
Yellowstone a Grand Teton
A tak se začal výzkumu věnovat sám. Ukázalo se, že v pramenech panují extrémní podmínky; v některých hydrotermálních jezírcích je voda tak horká, že dokonce vře, ale život se přesto přizpůsobil a dokázal zde nejen přežít, ale dokonce vzkvétat. A to v podobě takzvaných termofilních bakterií.
Brock začal svůj výzkum u pramene Octopus Spring, kde měla voda teplotu 87 stupňů Celsia – čili v hodnotě, o které se soudilo, že neumožňuje přežití čehokoliv živého. V odebraném vzorku ovšem vědec našel jednoznačné bakteriální stopy života.
Roku 1966 se vrátil už i se studenty k místu Mushroom Spring, tam odebrané vzorky se pak podařilo kultivovat. Na většině z odběrů se nacházely bakterie různých druhů a jeden z organismů – Thermus aquaticus – přinesl revoluci do molekulární biologie.
Bakterie Thermus aquaticus
Nejmenší revoluce dějin
Převrat byl v tomto případě pozorovatelný pouze pod mikroskopy. Objev výše uvedené bakterie nicméně umožnil vědcům konečně pořádně využít jiný expertní průlom – dvojitou šroubovici DNA, kterou se povedlo popsat v polovině padesátých let dvacátého století.
Do poloviny minulého století expertům ke studiu DNA chyběly nástroje, na bližší poznávání totiž byla příliš drobná. Až v osmdesátých letech se podařilo americkému biochemikovi Karymu Mullisovi vyvinout techniku, která napodobuje způsob, jak se v buňce přirozeně kopíruje DNA.
Nejprve se označí krátké oddíly DNA a pak enzym známý jako DNA polymeráza sestaví tyto bloky DNA do požadované sekvence. Problém spočívá v tom, že DNA se musí během tohoto procesu opakovaně zahřívat a ochlazovat. A právě vysoké teploty DNA-polymerázy poškozovaly tak, že výsledky byly příliš pomalé, a celý výzkum tak byl velmi nepraktický.
Mullisovi ale došlo, že by mohl využít enzym z organismu, který horko vydrží – a vybral si enzym právě z yellowstoneských bakterií. Díky tomu se podařilo tuto techniku zdokonalit tak, že v současné době jsou výzkumníci schopni vyrobit až stovky milionů genetických kopií za hodinu.
Tohoto procesu využívají také testy PCR, které dnes využívají nemocnice na celém světě, aby rozpoznaly nakažené nemocí COVID-19, kterou způsobuje nový koronavirus.