Houby - lék na nemocnou přírodu

Jsme v laboratoři biochemie dřevokazných hub sektoru ekologie Mikrobiologického ústavu AV ČR. Na to čím se zabývá, jsme se zeptali RNDr. Jiřího Gabriela, CSc., zástupce vedoucího sektoru ekologie.

Hlavní náplní činnosti našeho pracoviště je studium dřevokazných hub z hlediska jejich možného využití v tvorbě a ochraně životního prostředí. Tyto houby mají jednu unikátní vlastnost - produkuji tzv. ligninolytický enzymový systém. To je v přírodě naprosto unikátní úkaz, který dovoluje těmto houbám rozkládat dřevní hmotu. Dřevo se skládá jednak z celulózy a jednak ligninu. Ten je jediný přirozený polymer, který obsahuje aromatická jádra. To je důležité především proto, že jde o nespecifický enzymový systém a kromě ligninu, což je přirozený substrát, je schopen rozkládat i některé jiné aromatické látky - polychlorované bifenyly, polyaromatické uhlovodíky, pesticidy, aromatické herbicidy a řadu dalších toxických látek. První směr našeho výzkumu se ubírá k využití zmíněných dřevokazných hub, resp. hub tzv. bílé hniloby při odstraňování polyaromatických uhlovodíků z různých složek životního prostředí - z půdy, vody, tedy v podstatě z jakýchkoliv přirozených nebo polopřirozených substrátů. Druhý směr spočívá ve studiu vazeb mezi dřevokaznými houbami a těžkými kovy. Houby obecně jsou totiž schopny na svůj povrch vázat kovy včetně radionuklidů. My sledujeme tři základní oblasti výzkumu. První je typicky ekologická a je podporována granty Ministerstva pro životní prostředí a lze ji charakterizovat jako využití dřevokazných hub při biomonitoringu stavu znečištění atmosféry nebo životního prostředí obecně těžkými kovy. V praxi to znamená, že vyjíždíme po celé republice, sbíráme plodnice dřevokazných hub a měříme v nich obsahy těžkých kovů. V současné době máme přibližně 800 výsledků z poměrně rozsáhlého území. Mezi enormně zatížené lokality patří např. Praha či Ostravsko, mezi nejčistší oblasti náleží naopak Krkonoše nebo Šumava. To je část terénní. Pak následuje část laboratorní, v níž zkoumáme, co těžké kovy v houbách konkrétně způsobují. Třetí směr je z hlediska celospolečenského neméně důležitý. Je jím uchovávání kultur hub. V ústavu máme rozsáhlou sbírku kultur hub, která momentálně zahrnuje 600 kmenů z volné přírody. Je to v podstatě genomová banka hub České republiky.

Problematika těžkých kovů obecně je v současné době velmi frekventovaným tématem zejména v souvislosti s potravinami. Do jaké míry má Váš výzkum souvislost s praktickým využitím?

Je přirozené, že výsledky naší práce nezůstávají za zdmi laboratoří. Právě proto spolupracujeme např. s již zmíněným Ministerstvem pro životní prostředí. Jsme schopni dřevokazné houby v přírodě nasbírat, převést je do kultur - kultivujeme je na agarech nebo tekutých půdách - a pokud přidáme k přírodním izolátorům velké množství těžkých kovů, můžeme pozorovat tzv. stresové odezvy. Každá houba reaguje jinak a při některých koncentracích kadmia či olova přestávají některé z nich zcela růst a hynou. Akumulace kovů dřevokaznými houbami je fakt známý již velmi dlouhou dobu, zcela nový rozměr však dostal po havárii černobylské elektrárny. Právě v 80. letech bylo možné pozorovat vysoké hodnoty radionuklidů v plodnicích. Pro člověka je nebezpečná také přítomnost olova nebo kadmia, která způsobuje těžké křeče a zvracení. Je však třeba uvést, že je velký rozdíl mezi mechanismem příjmu kovů dřevokazných hub a hub pozemních. Zatímco terestrické druhy mohou odebírat kovy přímo z půdy, transportu do plodnic dřevokazných hub brání několik bariér, zejména mykorhizní obal kořenů a pak tzv. Casparyho proužky, které jsou na rozhraní podzemní a nadzemní části dřevin. Zdrojem obsahu kovů v těchto houbách je s největší pravděpodobností atmosférická suchá i vlhká depozice, tj. prach z atmosférického spadu a srážky. Vlastní měření, např. na houbě troudnatec kopytovitý, tato tvrzení jenom potvrzují. To znamená, že na základě laboratorních výsledků můžeme sdělit Ministerstvu pro životní prostředí, že kdyby v té které lokalitě, odkud pocházela v laboratoři testovaná houba, došlo k určitému zvýšení koncentrace škodlivých látek, dojde k narušení biodiverzity a tento druh hub by mohl zcela vymizet. Daleko nejvyšší koncentrace hliníku, kadmia, mědi a olova jsou na Ostravsku, kam nepochybně zasahují ještě nepříznivé transportní vlivy z Polska. Ty jsou patrné ještě i v oblasti střední Moravy. V Praze je naproti tomu maximum olova jako důsledek automobilové dopravy. Této problematice se věnujeme již šest let a projeli jsme již asi

85 - 95 % území České republiky.

Zmínil jsem se také, že není problém přenést houby do kultur. V nich se houby mohou principiálně kultivovat buďto v tekuté, nebo v pevné látce. Na pevných, resp. agarových se kultivují klasicky mikrobiologicky. Jinak se mohou pěstovat i na přirozených agarech, tzn. např. na slámě. Mohou se kultivovat i v tekutém prostředí, v klasických baňkách. Výsledkem jsou pelety, které si zachovávají naprosto stejné vlastnosti jako houba v přírodě. Produkuje stejné enzymy a je schopna stejně tak sorbovat na svůj povrch kovy jako houba v přírodě. Lze toho využít v laboratorních aplikacích ve studiích typu biosorpce, kdy zkoumáme, zda je možné tyto houby využít i při sorpci těžkých kovů znečištěných vod. V reálu to pak vypadá tak, že v laboratoři funguje skleněná kolona naplněná houbovými kuličkami o průměru od dvou milimetrů do jednoho centimetru. Mají velmi dobré mechanické vlastnosti. Uvedeným systémem se přes pumpu prohání vzorky odpadní vody a na jejím odtoku lze pak měřit, do jaké míry je konkrétní houba schopná zachycovat škodlivé látky. Všechny ověřené výsledky naší laboratorní práce jsou prospěšné i v běžném technologickém procesu výroby potravin, protože dokáží přirozenou cestou odbourat nežádoucí látky a příměsi.

Došli jste již k určitým prokazatelným výsledkům?

Na toto téma bylo již publikováno několik prací, v nichž dokazujeme, že houby jsou schopny sorpce kadmia a mědi, v současné době připravujeme výstupy týkající se rtuťnatých sloučenin. Znamená to tedy mj., že lze do určité míry nahradit průmyslově vyráběné chemikálie, které svými vedlejšími produkty narušují životní prostředí, čistě přírodními, tedy houbami. Dřevokazné houby navíc dokáží selektivně odstranit určitý konkrétní kov, takže lze na konkrétní požadavek zákazníka nalézt houbu, která je schopna mnohem efektivněji pracovat než doposud používané sorbenty.

S životním prostředím ovšem úzce souvisí i výzkum, který jste zmínil v úvodu, tj. oblast hub způsobujících tzv. bílou hnilobu. Čím je důležitý?

Této skupině hub je věnována zvýšená pozornost. Existují však ještě houby způsobující tzv. hnědou hnilobu. Houby bílé hniloby přednostně spotřebovávají ze dřeva tmavý lignin. Zůstává po nich světlý vláknitý povrch tvořený zejména vlákny celulózy, zatímco houby hnědé hniloby jsou schopny zlikvidovat především celulózu, takže naopak zůstává lignin, proto pařez má tmavou barvu.

Dřevokazné houby se dají použít i na odbarvování některých průmyslově vyráběných barviv. Jejich využití má skutečně mnohostranné možnosti.

Důležitou složkou práce laboratoře je problematika výzkumu degradace těžko rozložitelných látek. Hovořili jsme o ní s RNDr. Františkem Nerudem, CSc., vedoucím sektoru ekologie a vedoucím laboratoře dřevokazných hub.

Uvedená degradace se odvíjí od degradace ligninu, což je velmi komplikovaná aromatická struktura, která je obsažena ve dřevě a s níž souvisí další problematika degradace nejrůznějších látek - polyaromatických uhlovodíků, polychromovaných bifenylů, syntetických barviv atp. K tomu se využívá převážně aktivita dřevokazných hub. Ty produkují extracelulární lignolitycké enzymy, o kterých se soudí, že mají určitou úlohu jak při degradaci ligninu, tak organopolutantů. Úloha enzymů, jež dřevokazné houby produkují, je nejasná, a my se snažíme zjistit úlohu jednotlivých enzymů právě při degradačních procesech. Používáme k tomu nejrůznější typy hub. V současnosti jsme se soustředili na jednu houbu, která se nám zdá k tomuto účelu velmi vhodná, protože produkuje pouze dva enzymy, o nichž se soudí, že mohou těžko rozložitelné látky odbourat. Je to houba Pleurotus ostreatus. Nejde přirozeně pouze o degradaci látek v laboratorních podmínkách, ale tato houba velmi dobře přežívá i v půdě. Prorůstá do ní a je schopna konkurovat i těm mikroorganismům, které jsou přirozenou součástí půdy nebo jimiž je půda kontaminovaná. Dokáže existovat i v tekutých substrátech.

Genetickými manipulacemi se snažíme zvýšit produkci enzymů a zkoumáme, zda ono zvýšení enzymatické aktivity bude mít nějaký vliv na zvýšení degradace ať už ligninu, PCB, nebo syntetických barviv. Tento postup je přirozeně velmi zdlouhavý, protože houby reagují velmi pomalu, proto se v současné době soustředíme na jeden určitý enzymatický systém, který je schopen pracovat rychleji a účinněji. Je to sice systém chemický, ale je pravděpodobné, že stejný systém pracuje i v houbách. Zkoušeli jsme v laboratoři degradovat různá syntetická barviva a na tomto principu fungují degradace téměř okamžitě. Zajímavé ovšem je, že tento systém degraduje rychle a účinně i polyaromatické uhlovodíky. V současné době je tedy stěžejním úkolem zjištění, co je tento systém schopen udělat s nejrůznějšími typy látek. Chceme především sledovat, jaký agens je onou účinnou složkou zmíněného systému. Výzkumem se konkrétně zabývají tři laboratoře našeho ústavu - experimentální mykologie, biochemie dřevokazných hub a houbové biologie. Cílem našich výzkumů je především nalézt způsob, jak přispět k ozdravění životního prostředí.

Monika Muchová

Zdroj: http://abicko.avcr.cz