|
Monocercomonoides sр. PA203 (VLADIMIR HAMPL, CHARLES UNIVERSITY, PRAGUE, CZECH REPUBLIC)
Митохондрии – мембранные органеллы, которые часто называют энергетическими станциями клетки. Они давно рассматриваются как необходимый для жизни эукариот (растений, грибов, животных и протистов) компонент, являющийся определяющей чертой ядерных живых организмов. Так как ученые никогда раньше не находили эукариот без той или иной формы митохондрий, современная теория происхождения эукариот гласит, что наличие митохондрий имеет решающее значение в качестве доказательства принадлежности к этой группе. Однако ученые, опубликовавшие статью в журнале Current Biology, поколебали эту теорию. Они нашли эукариотический организм без каких-либо следов присутствия в нем митохондрий.
«Это просто поворотное открытие», - считает Тайс Эттема (Thijs Ettema), изучающая эволюцию генома микробов в Уппсальском университете (Uppsala University) в Швеции и не участвовавшая в данной работе.
А Тони Габалдон (Tony Gabaldon) из испанского Центра геномного регуляции (Center for Genomic Regulation), также не участвовавший в исследовании, прокомментировал это открытие так: «Это исследование показывает, что митохондрии не столь важны для всех линий живущих сейчас эукариот. Этот лишенный митохондрий одноклеточный эукариот так же сложен, как и другие эукариотические клетки практически в любом другом аспекте клеточной сложности».
Руководитель исследования Владимир Хампл (Vladimir Hampl) изучает эволюцию простейших в Карлове Университете (Charles University) в Праге. Вместе с Анной Карнковской (Anna Karnkowska) и коллегами из Чехии и Канады он решил секвенировать геном Monocercomonoides – малоизученного протиста, живущего в пищеварительном тракте позвоночных. Оказалось, что его геном (первый секвенированный из oxymonad) не содержит каких-либо эволюционно-консервативных генов, найденных в митохондриальных геномах других эукариот. Нет в нем и ядерных генов, связанных с функциями митохондрий.
Организмы из рода Monocercomonoides были известны более 80 лет. Они близки к патогенам человека Giardia и Trichomonas, все из которых принадлежат к группе, известной как Metamonada. Все эти микроорганизмы живут исключительно в среде с низким содержанием кислорода.
Некоторые анаэробные простейшие имеют только упрощенные версии митохондрий, такие как гидрогеносомы и митосомы, не имеющие митохондриального генома. Но эти подобные митохондриям органеллы выполняют важные функции пути сборки железосерных кластеров, который, как известно, эволюционно сохранен практически у всех изученных к настоящему времени эукариотических организмов. Однако у Monocercomonoides исследователи не обнаружили никаких доказательств присутствия каких-либо компонентов этого митохондриального пути.
Они установили, что для образования важнейших железосерных кластеров Monocercomonoides используют систему мобилизации серы, находящуюся в цитозоле, и что предок этого организма получил эту систему боковым переносом генов от бактерий. Эта цитозольная компенсационная система позволила Monocercomonoides обходиться без в противном случае жизненно необходимого пути сборки железосерных кластеров в митохондриях, полагают ученые.
Наличие митохондрий и родственных органелл у каждого изученного эукариота подтверждает мнение о том, что митохондрии являются жизненно важными клеточными компонентами. Анализ генома микробного эукариота Monocercomonoides sр. показал, что у этого организма отсутствуют все характерные митохондриальные белки. Митохондриальный путь сборки железосерных кластеров, считающийся эволюционно сохранившимся практически во всех эукариотических клетках, был заменен цитозольной системой мобилизации серы, приобретенной боковым переносом генов от бактерий. В контексте филогении эукариот результаты нового исследования свидетельствуют о том, что Monocercomonoides не изначально амитохондриален, а потерял митохондрии вторично. Это первый пример эукариота, не имеющего какой-либо формы митохондрий, демонстрирующий, что эта органелла не является абсолютно необходимой для жизнеспособности эукариотической клетки. (Рис. Current Biology)
Благодаря уникальной комбинации событий, включая потерю многих митохондриальных функций и получение этой необходимой машинерии от прокариот, «этот организм эволюционировал за известные пределы, очерченные биологами», говорит Карнковская, первый автор статьи.
«В среде с низким содержанием кислорода у эукариот часто встречается редуцированная форма митохондрии, но считалось, что некоторые из функций митохондрий настолько важны, что эти органеллы совершенно необходимы для их существования», - продолжает ученый. «Мы описали эукариотический микроб, у которого совсем нет митохондрий».
«Это было удивительно, и мы долго не верили, что [связанных с митохондриями генов там действительно не было]. Мы подумали, что что-то пропустили», - сказал Хампл в интервью The Scientist. «Но когда данные стали накапливаться, мы переключились на гипотезу, что у этого организма действительно нет митохондрий».
Исследователи искали организмы, не имеющие митохондрий в течение многих десятилетий. С течением времени открытие эукариотического организма без митохондрий казалось все менее и менее вероятным. Однако Карнковская и ее коллеги считают, что могут существовать и другие.
«Этот удивительный организм является ярким примером клетки, которая отказывается придерживаться стандартного текста учебника клеточной биологии, и мы считаем, что в скрытом на сегодня разнообразии мира микробных эукариот – простейших – могут быть и другие подобные примеры», - говорит Карнковская.
Хампл и его коллеги полагают, что Monocercomonoides когда-то имели митохондрии, но в определенный момент потеряли их.
По словам Хампла, весьма вероятно, что митохондрий нет у всей группы под названием oxymonads. «Нам хотелось бы узнать, как давно они были потеряны».
Исследователи планируют глубже изучить эти организмы, а также более подробно описать Monocercomonoides и родственные ему формы, чтобы осмыслить свое открытие в более широком, эволюционном контексте.
«Поскольку этот организм филогенетически находится среди близких ему форм, которые имеют обычные митохондрии, это, скорее всего, вторичная адаптация», - считает биохимик Майкл Грей (Michael Gray), изучающий митохондрии в Университете Далхаузи (Dalhousie University) в Новой Шотландии, не принимавший участия в этом исследовании. По словам Грея, открытие не имеющих митохондрий эукариот не означает, что эти органеллы не играли главной роли в эволюции эукариотических клеток.
Чтобы удостовериться, что они не пропустили митохондриальные белки, исследователи искали и гомологи потенциальных митохондриальных белков других анаэробных видов, а также сигнатурные последовательности целого ряда известных митохондриальных белков. Если такой поиск у других видов привел к обнаружению несколько митохондриальных белков, то анализ Monocercomonoides ничего не дал.
«Данные очень полны», - комментирует эти результаты Тайс Эттема. «Трудно доказать отсутствие чего-либо, но [эти авторы] сделали убедительную работу».
По словам Карнковской, их исследование показывает большую эволюционную пластичность эукариотической клетки. «Это яркий пример того, как далеко за рамки наших ожиданий может выйти эволюция эукариотической клетки».
«Эти результаты наглядно свидетельствуют, сколько сюрпризов может ждать нас в малоизученном типе эукариот, живущих в недостаточно исследованной среде», - продолжает ее мысль Тони Габалдон.
«Теперь, когда найден один, мы должны посмотреть на общую картину и узнать, есть ли другие примеры потерявших митохондрии эукариот, чтобы понять, насколько они способны адаптироваться», - соглашается Тайс Эттема.
По материалам
Change the Textbooks: This eukaryote completely lacks mitochondria
Mysterious Eukaryote Missing Mitochondria
Оригинальная статья:
Anna Karnkowska, Vojtěch Vacek, Zuzana Zubáčová, Sebastian C. Treitli, Romana Petrželková, Laura Eme, Lukáš Novák, Vojtěch Žárský, Lael D. Barlow, Emily K. Herman, Petr Soukal, Miluše Hroudová, Pavel Doležal, Courtney W. Stairs, Andrew J. Roger, Marek Eliáš, Joel B. Dacks, Čestmír Vlček, Vladimír Hampl. A Eukaryote without a Mitochondrial Organelle
© «Учебники придется переписать: эукариоты могут обходиться без митохондрий». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу К истокам живого. Письменное разрешение обязательно.
Related Articles: |
