ÚSTAV MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE ROSTLIN | Jak se toxický Arzen hromadí v rostlinách?

Arzen je prvek vysoce toxický nejen pro rostliny, ale i zvířata a člověka. Přirozeně se vyskytuje v půdě v koncentracích 0.01 až 3 mikromoly na litr, která ještě nevadí. Pokud se ale jeho množství zvýší na 5 mikromolů na litr, začíná být problém vážný. Ke zvýšení jeho koncentrace přitom nemusí přispět jenom člověk (např. těžbou), ale často i přírodní procesy (zvětrávání, vymývání, ...). Zejména na indickém subkontinentě je možné naměřit i hodnoty daleko vyšší. Zjistit, jakým způsobem přesně arzen na organizmy působí v koncentracích, které se jen málo liší od přirozených, je přitom prvním krokem k nalezení nějakého udržitelného řešení.

Tento důležitý první krok se poprvé povedl právě vědeckému týmu pod vedením prof. Küppera (UMBR) v projektu, který v jeho skupině založil dr. Mishra (nyní v National Botanical Research Institute, Lucknow, Indie). Ke studii si vybral růžkatec ponořený, nenáročnou splývavou vodní rostlinu známou hlavně akvaristům. Zároveň je růžkatec i dobrým ukazatelem koncentrace arzenu v prostředí. Aby mohl tým sledovat, jakými cestami arzen v rostlině putuje, bylo třeba jeho výskyt sledovat doslova s mikrometrovou přesností. A k tomu bylo nutné využít zařízení nejsilnějšího vědeckého "rentgenu" na Zemi - přístroje poeticky nazvaného PETRA III v německém elektronovém synchrotronovém centru (DESY). Do roku 1978 to byl vlastně největší urychlovač na světě sloužící fyzikálnímu výzkumu. Poté už ale nestačil zvyšujícím se nárokům fyziků a z pozice před-urychlovače (pro ještě větší urychlovač) byl nakonec předělán na přístroj, který umí vytvořit rengenový paprsek 5000 krát slabší než lidský vlas.

Teprve pomocí tohoto přístroje bylo možné určit přesný osud arzenu v rostlinných buňkách. Překvapivě se ukázalo, že se nejprve hromadí v buněčném jádře a odtud pak (při vyšších koncentracích) proniká i do vakuol a sousedních buněk. Tento objev má zásadní význam pro pochopení účinků arzenu, částečně arzen nějakým způsobem blokuje buněčné enzymy - např. navázáním se na ně. Pokud ale proniká až do buněčného jádra, může se začleňovat do DNA místo "podobného" fosforu a tím způsobovat genetické mutace přímo. Z hlediska konečného výsledku je to možná jen nepatrný detail, z hlediska funkce buněk a případné ochrany proti arzenu je to ale zcela zásadní rozdíl. Výzkumníci nyní chystají ověření svých výsledků i na jiných rostlinách a podrobnější výzkum toho, jakým způsobem se buňka s arzenem v jádře vypořádává.

Podrobnosti: