Kdo sjede z cesty a zastaví se, umírá

René Descartes si v 17. století buňku, resp. organizmus, představoval jako mechanický stroj, kde do sebe zapadají jednotlivá ozubená kolečka a systém páček a převodů je poháněn malinkými motorky. Tato podoba zůstala naštěstí jen historickým milníkem v poznávání živé přírody.

Dnes již máme k dispozici daleko konkrétnější obraz života v nitru nejmenších jednotek živé hmoty. Stejně jako v makrosvětě zde najdeme množství dálnic, po kterých se prohánějí kamiony převážející důležité náklady, ale i lesní pěšinky nebo cestičky malých mravenečků. Namísto kamionů, vlaků a mravenců se po nich pohybují nejrůznější váčky a velké struktury podobné zkrouceným cisternám, které představují buněčné továrny.

Pracovití pomocníci

Roli dělníků zde zastávají enzymy a všelijaké důmyslné molekuly. Důležitá jsou místa, kde dochází k syntéze a modifikaci pro tělo zásadních látek mimo bílkovin. Na tuky (lipidy) a bílkoviny (proteiny) se připojují cukerné zbytky – jsou jimi doslova „pocukrovány“. Například viskozita slizu nebo naopak pevnost chrupavky je možná jen díky cukerným modifikacím. Proteiny jsou obohaceny o chemické skupiny, které jim udělují jejich specifické vlastnosti. Do molekuly krevního barviva hemoglobinu je vloženo železo, v molekule zajišťující odstranění škodlivých kyslíkových radikálů vznikají propojení mezi zbytky síry, jinde se váže zinek, měď a další látky. Bez ustání jsou zde produkovány různé stavební komponenty buněk.
Z těchto buněčných továren však nevyjíždějí kamiony ale odškrcují se z nich malé váčky plné nákladu, které jsou dopravovány na místo určení. Pokud se jedná například o žlázy, obsah váčků je ven z buňky doslova vyplivnut. Jindy se upravené molekuly stávají součástí buněčného povrchu a zejména ony „oslazené“ jsou pak významnými strážci, kteří brání nebo naopak umožňují vstup virů do buněk, popř. zajišťují pevné spojení buněk navzájem. Stejně tak mohou fungovat ve formě tzv. receptorů jako jakési antény – lapače signálů z okolí.

Být ve správnou chvíli na pravém místě

Velmi důležité je místo určení. Jistě by nebylo výhodné postavit nákupní centrum v neosídlené oblasti. Proto i buňka musí, aby využila co nejefektivněji veškerou energii, pracně vyrobené molekuly směrovat tam, kde plní svou úlohu. V tom jí pomáhají různé vláknité struktury označované jako cytoskelet, tedy buněčná kostra nebo lešení. Jsou známy tři typy vláken – mikrofilamenta (aktin), střední filamenta (keratin) a největší mikrotubuly.
Cytoskelet však neplní jen úlohu směrovače transportovaného materiálu. Robustní mikrotubuly jsou velmi důležité pro správnou segregaci genetického materiálu při buněčném dělení, kdy vytvářejí tzv. dělicí vřeténko, na které se váží ve formě chromozómů kondenzované molekuly DNA. Tvoří též centrální výztuž bičíků a řasinek, které v plicích usnadňují proudění vzduchu. Pravolevá symetrie těla je dána různou koncentrací látek při vývoji embrya a jejich proud je usměrňován právě pohybem bičíků. Při poruše může dojít k vývinu Kartagenerova syndromu, kdy srdce leží napravo, játra nalevo a u mužů dochází díky nepohyblivosti spermií ke sterilitě.

Chrání nás schopnost se přizpůsobit

Pevnost v tahu a tlaku zajišťují keratinová vlákna a proto je jich velké množství především v kožních buňkách. Onemocnění nazývané epidermolysis bulosa simplex je spojené s oslabením keratinových filament a kůže postižených je velmi náchylná na drobná poranění.
Buňky nesedí jen na místě, ale též se aktivně pohybují. Při posunu dochází k nárůstu aktinových filament ve směru pohybu a zároveň na opačné straně k jejich zániku. Vytváří se tak unikátní morfologické útvary v 3D prostoru organizmu. Aktin se též společně s molekulami myosinu podílí na kontraktilitě, tedy schopnosti stahování, což se uplatňuje zejména ve svalech.
Nejnovější poznatky naznačují mnohé další úlohy cytoskeletu. Prostor uvnitř buněk není zdaleka prostředím, kde by se mohly volně pohybovat různé rozpuštěné látky. Naopak vše je pod přísným dohledem a každá molekula má své místo. K dokonalému seřazení enzymů v metabolických drahách přispívají všechna cytoskeletární vlákna. Navíc narozdíl od stavitelů dálnic jsou buňky neuvěřitelně rychlé a dokáží všechny cesty rozbourat a vystavět během desítek sekund. Díky této dynamice je tak téměř nemožné nakreslit mapu buněčných cest.

Nepřátelé pohybu

Mnohé z toxinů (jedů) působí právě na cytoskelet a transport váčků. Prudký jed botulotoxin produkovaný bakteriemi Clostridium botulinum obsažený v nedokonale zpracovaných uzeninách, je vysoce nebezpečný už při velmi nízkých koncentracích, řádově nanogramů. Účinek tohoto neurotoxinu spočívá v blokaci vazby váčků na buněčnou membránu, následně nedochází k výlevu nervových přenašečů, dýchací svalstvo není inervováno a nastává kolaps plic. Alkaloid faloidin z muchomůrky se váže na koncové struktury aktinu a zamezuje tak buňkám jakýkoli pohyb. To by mohlo být využito v léčbě metastáz, ale problém je v tom, že jed takto působí na všechny a tedy i zdravé buňky organizmu. Vlákna mikrotubulů jsou zase stabilizována taxolem, který je obsažen v jehličnanu tisu. Po jeho vazbě na tubulin nemůže docházet k buněčnému dělení a organizmus pomalu umírá.

Buněčný parlament

Organizmus je jedno velké společenství, kde dochází ke střetům mezi různými názorovými proudy a politickými tendencemi. Denně se rozhoduje o výběru daní a dotacích, občas dojde i na nějakou tu reformu. Jen v pozici politiků nestojí pánové s kravatou a příkazy a nařízení nejsou napsány na listech papíru, nýbrž se jedná o malinké molekuly lapené receptory, tj. anténami buněk. Aby se mohla buňka rozdělit, spáchat sebevraždu nebo i jen pasivně přežívala, k tomu všemu potřebuje signály z okolí. Ty mohou přijít jak ze zdrojů velmi vzdálených, tak se může jednat o kuloární informace zprostředkované vedle stojícím sousedem.

Výsledek komplikované souhry signálů, kdy je jeden v protikladu ke druhému, závisí i na jejich množství a době působení. Pokud chce firma zvýšit odbyt svých produktů u konečných zákazníků, investuje do masivní reklamy. Stejně tak se tvrdě prosazují názory při vývoji embrya o tom, kde budou ruce, nohy nebo kolik prstů budeme mít, případně zda se narodí chlapec nebo dívka. Vše je odvozeno od koncentrace a tedy množství signálů. Někdy je zhoubná propaganda poškozených genů tak silná, že se narodí dítě nemocné nebo znetvořené. Podobně rakovinné buňky se brání rozpoznání imunitním systémem „zatáhnutím antén“ a tak mohou ignorovat pokyny, které jim velí ve zkázonosné činnosti přestat.

Pozor na jízdu na červenou

Celý organizmus tak stále balancuje na pomezí jemné rovnováhy. Občas dojde k malým nehodám, kdy někdo přejede křižovatku na červenou nebo nedá přednost. Pokud se tak stane na silnici uvnitř malinké buňky, nemusí organizmus tuto nehodu ani zaznamenat. Ovšem při hromadných srážkách a rozkolísání frekvencí telekomunikačních signálů mezi jednotlivými hráči může nastat až zkáza celé společnosti.
Oponu tajemství, která zahaluje poznání těchto propletených drah, věda pomalu odkrývá. Medicína již dnes mnohá zjištění běžně využívá a nespočtu dalších uplatnění výzkumu buněčných signalizací se můžeme dočkat v nejbližší budoucnosti.

Pozn. k obrázkům: Buňky nejsou ve skutečnosti tak barevné jako na přiložených obrázcích. Molekulární struktury pozorované ve speciálním mikroskopu byly pro názornost zviditelněny pomocí fluorescentních značek.