I když jsou oba jeho rodiče výzkumníci, rozhodl se Fajkus původně studovat učitelství. Vybral si obory matematika a biologie, v tom druhém se ale nakonec přece jen vydal na dráhu vědce. Před koncem doktorského studia se mu podařil přelomový objev, který se týká takzvaných rostlinných telomer.
Telomery jsou konce chromozomů, které v podstatě chrání genetickou informaci v podobě spiralizovaného vlákna DNA a asociovaných bílkovin. Během života buňky, při jejím dělení, se postupně zkracují. Není tomu tak ale u rostlin, kde délky telomer zůstávají zachované. Může za to aktivita enzymu zvaného telomeráza, který telomery doplňuje do původní délky.
Jak telomeráza u rostlin funguje, vědí odborníci už mnoho let i díky tomu, že její aktivitu u rostlin prokázal v roce 1996 jako první na světě tým Petrova otce Jiřího Fajkuse. Nebylo ale zcela jasné, jak tento enzymový komplex přesně vypadá.
„Tento enzym se skládá ze dvou základních složek. Z proteinové části a RNA podjednotky, která je poskytuje předlohu pro syntézu telomerové DNA. Zatímco proteinová složka je dnes u celé řady organismů včetně rostlin známá, a není nijak složité ji v sekvenčních datech identifikovat, u RNA podjednotky tomu tak není. Nám se ale podařilo ji identifikovat, a to napříč většinou vyšších rostlin. Navíc jsme vyvrátili i jednu dřívější práci, která nesprávně identifikovala RNA podjednotku u modelové rostliny huseníčku,“ uvedl Petr Fajkus, který v září získal doktorský titul na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity a nadále působí v Biofyzikálním ústavu Akademie věd.
K objevu vedla tak trochu náhoda
Vědci z obou institucí také spolupracovali na tomto důležitém objevu ve světě rostlin. Původně však nebylo jejich cílem popsat enzym telomerázu, ale soustředili se na samotné telomery.
„Projekt, na kterém jsem spolupracoval, se týkal charakterizace neobvyklých telomerových sekvencí. Telomerová DNA u rostlin se obvykle skládá z opakující se sekvence nukleotidů TTTAGGG. Ale už před více než dvaceti lety se zjistilo, že existují rostliny či celé taxonomické skupiny, které mají odlišnou telomerovou sekvenci od té typické rostlinné. Nás zajímalo, jaká je telomerová sekvence u těchto výjimek a později to, jaké byly příčiny evolučních změn telomerové DNA,“ popsal původní záměr studie Petr Fajkus.
Neobvyklé telomery mají například rostliny rodu Allium, kam patří cibule, česnek nebo pažitka. „Už dříve jsme s kolegy zjistili, že u těchto rostlin tvoří telomeru nezvykle dlouhá opakující se sekvence (CTCGGTTATGGG). Právě to jsme využili při dalším výzkumu,“ uvedl. Za pomoci paralelního sekvenování veškeré RNA z různých druhů rostlin rodu Allium hledali vědci společné molekuly, které obsahují vzor pro syntézu těchto specifických telomer. Výsledkem byl v podstatě jediný kandidát sdílený napříč analyzovanými druhy.
„Tento přístup byl úspěšný právě díky výjimečně dlouhým, dvanáctinukleotidovým repeticím telomer cibule a česneku. V případě obvyklých rostlinných telomer tvořených sedminukleotidovými repeticemi bychom měli co dělat s tisíci možných kandidátů.“
Takto se biologům podařilo najít kandidáta na RNA podjednotku u jednoho rodu. Na základě zkušeností z říše zvířat nebo hub, u nichž je tato část telomerázy velmi odlišná u různých druhů, se ale domnívali, že stejné to bude u rostlin, a nebude tedy možné určit RNA podjednotky u dalších druhů jen na základě podobnosti s tou již objevenou.
„Přesto jsme zkusili získaný vzor porovnat nejdříve s příbuznými rostlinami a pak s dalšími vyššími rostlinami. U všech se nám postupně podařilo odhalit podobné sekvence, a nakonec jsme vytvořili jakousi mapu RNA podjednotek. Ty se sice napříč rostlinnou říší také liší, ale mají v sobě i evolučně konzervované části,“ popsal přelomový objev mladý vědec.
Protože svou prací vyvrátili jeden z dřívějších objevů jejich amerických kolegů, museli mít výsledky velmi pečlivě ověřené. „Experimentálně jsme prokázali funkčnost RNA podjednotek in vitro na několika druzích rostlin, kdy jsme se pokusili obnovit aktivitu telomerázy za pomoci námi popsaných RNA podjednotek. V případě huseníčku jsme vedle toho použili i dříve popsanou RNA. Uspěly ale jen ty naše. Potvrdili jsme to i přímo na rostlinách, u nichž jsme vyřadili geny kódující buď „naši“ nebo dříve popsanou RNA podjednotku. Výsledek jednoznačně prokázal ztrátu aktivity telomerázy a zkracování telomer u rostlin s vyřazením námi popsané RNA podjednotky, zatímco vyřazení té dříve popsané nemělo na telomery a telomerázu žádný vliv,“ uvedl Fajkus.
Inbreedingu navzdory
Svým výzkumem navázal Petr Fajkus na práci svého otce Jiřího, i když ho ještě při příchodu na vysokou moc nelákala. „Rostliny a výzkum telomer mě zaujal až při bakalářské a magisterské práci pod vedením Vratislava Pešky. Musím přiznat, že jsem nikdy nebyl studijní typ, ale když mě něco zaujme, tak tomu pak věnuji mnohem víc úsilí.“
Po státnicích zvažoval kariéru učitele, na kterou se připravoval, ale zároveň se přihlásil na doktorské studium na Masarykovu univerzitu. Disertační páci pak vypracoval pod vedením Evy Sýkorové na Biofyzikálním ústavu Akademie věd ČR, kde nadále pokračuje ve vědecké práci.
Zvažuje i přesun do zahraničí, ale kvůli rodině jej asi ještě odloží. Čeká narození druhého dítěte a rád by se stěhoval, až děti trošku povyrostou. „Musím ale říct, že i když jsem příkladem takzvaného profesního inbreedingu, který je v kariéře vědce nežádoucí, rád bych zatím pokračoval ve své práci tady, abych co nejvíc zužitkoval nové příležitosti, které se díky našim výsledkům nyní ve výzkumu rostlinných telomer a telomeráz otevřely, než to udělá někdo jiný. Od jiných kolegům vím, že když odejdou do zahraničí třeba na postdoc, čekají pak na významnější vědecký výsledek několik let,“ dodal.
