Были найдены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий

Учeныe из Чexии и Кaнaды исслeдoвaли придурoк эукaриoтичeский oргaнизм Monocercomonoides, утeрявший в xoдe эвoлюции митoxoндрии. В эукaриoт в митoxoндрияx путeм oкислeния кислoрoдoм oргaничeскиx сoeдинeний зaпaсaeтся энeргия, этa функция пoдaeтся из группы митoxoндриaльныx и ядeрныx гeнoв. Нo Monocercomonoides нe нaйдeнo ни митoxoндрий, ни ядeрныx гeнoв, связaнныx с этoй функциeй. Кaк oкaзaлoсь, Monocercomonoides мoжeт пoлнoстью oткaзaться oт митoxoндрии, пoлучeнныe вo врeмя гoризoнтaльнoгo пeрeнoсa гeнoв, нeoбxoдимыx бaктeриaльныx фeрмeнтoв.

В книгax пo биoлoгии написано, что эукариоты отличаются от прокариот наличием ядра, митохондрий, эндоплазматической сети, аппарат Гольджи и другие мембранные органелл. Но, как оказалось, из классических определений есть и исключения. Таким образом, команда биоинформатиков, которые представляют семинары в различных университетах Чехии и Канады, достаточно удачливы, чтобы исследовать эукариотический организм без митохондрии.

Изначально предполагалось, что без митохондрий — органелл, запасающих в клетке энергию в виде АТФ, — эукариотическая клетка не может существовать. Затем были найдены в эукариотические одноклеточные организмы без митохондрий (например, лямблии, трихомонада Трихомонады туника, дипломонады рода Spironucleus – все это паразитические одноклеточные), и потребность митохондрий представлено в сомнения. В этот этап (с середины 80-х годов ХХ века) активно была разработана гипотеза о симбиотическом происхождении эукариот. Следовательно, вероятность существования «переходных» клеток с ядром, но без митохондрий — так называемых королевство Архезоа (Archezoa) — выглядело вполне логично.

Но затем оказалось, что эти «переходные» формы, но есть исходит из митохондрии органеллы: митосомы лямблии, гидрогеносомы у трихомонад и аналогичные гидрогеносомы мембрана органеллы у Spironucleus. Во всех этих структурах работали комплексы специфических ферментов митохондрий, и их функции так или иначе связаны с энергетическим обменом. Когда доказательства митохондриальной природы этих органелл уже не было сомнений, то вся архезойная смысл потеряли реальную поддержку. Утвердилось мнение, что эукариоты без митохондрий невозможно.

В этом духе и начнется нормальное исследование еще одного тела без видимых на митохондрии — Monocercomonoides sp. из кишечника шиншиллы. Представитель метамонад (см.: Metamonad) — жгутиковые простейшие, которые не имеют нормальных митохондрий. Ученые запланировали прочитать этот ген организама и, в частности, определить наличие и локализацию генов, связанных с митохондриальными функциями.

Этот проект сделали — геном был прочитан с высокой точностью. Он был очень большой — 75 миллионов пар оснований (это в два раза меньше, чем трихомонады, но в 5-6 раз больше, чем лямблии), были обнаружены 16 627 белок-кодирующих генов. Но обычно группа генов, связанных с митохондриями в эукариот (в частности, гены ферментов, которые гарантируют транспортировку и сортировку пептидов через митохондриальные мембраны, так называемые «механизмы сортировки и конструкции», см. sorting and assembly machinery), не найдено. Также не появился ни один ген мембрана транспортера АТФ, которые являются стандартными в других метамонад. Эти насосные АТФ из гидрогеносом и митосом наружу. Не было и от гены белков, обеспечивающих связь эндоплазматической сети, митохондрий (см.: Endoplasmic reticulum–митохондрии connections) или их производные.

Решили, что дело может быть резкой специализации этого генетического комплекса, ученые сделали поиск без вести пропавших во всех обширных базах данных геномики. Но не было ни одного такого гена с определенных операций, которые связаны исключительно с митохондрии. Другими словами — не было найдено ничего, что указывает на работу митохондрий или их аналогов, для получения энергии, так биохимическим способом, что обычно используют эукариоты. В то время как эти странные организмы добывают себе энергию?

Гены ферментов, которые отвечают за метаболизм, Monocercomonoides найдены. Их дает возможность это одноклеточному разлагая глюкозу в анаэробных условиях, и вверх и пируват, конечный продукт анаэробного гликолиза, до водорода, или пока этанол и уксусная кислота. Кроме того, Monocercomonoides имеет ферментным очередь для расщепления аминокислоты аргинина; этот метаболический путь даже более эффективен, чем анаэробный гликолиз. Такой метаболизм известен лямблий и трихомонад, и течет непосредственно в цитоплазме.

Во время восстановления энергии и транспортировки АТФ важную роль играют проводники электронов, вид биомолекулярные провода. В живых организмов, их функцию выполняют белки с железосерными кластеров (Fe—S-кластеры, см.: R. Lill, U Mühlenhoff, 2006. Iron-sulfur protein биогениз in eukaryotes: components and mechanisms). Характеризуются мобильных интерфейсов между железа и серы и за счет этого они могут участвовать в переносе электронов. Как правило, у эукариот эти белки Fe—S-кластеры, которые вырабатываются в митохондриях (растения — в пластидах). Бактерий и архей, по-видимому, есть и эти важнейшие белки — без них передача энергии прекратится. Но те, которые синтезируются с помощью, для, набора ферментов в цитоплазме. Как оказалось, Monocercomonoides для синтеза Fe—S-кластеров пользуется бактериальный набор ферментов, и не эукариотическим. Те же бактериальные ферменты были найдены в Paratrimastix pyriformis, близкого родственника Monocercomonoides.

Рис. 2. На вершине: эукариотический организм с митохондрии, в котором работает группа ферментов сборки Fe—S-кластеров (Iron-Sulfur Cluster, ISC). В середине: в организациях, с редуцированными митохондрии (митосомами, гидрогеносомами) отсутствие дыхания и, как следствие, отсутствие фосфорилирования продуктов гликолиза нет, вместо них включены и другие реакции, выход АТФ, но железосерные кластеры, синтезированные классическим способом. Вниз: при полной потере митохондрий организаций пришлось заменить митохондрий в ISC в бактериальной комплект SUF (Sulfur mobilization), который также занимается с выходом железосерных кластеров (см. Iron-sulfur cluster biosynthesis). Изображение из обсуждаемой статьи в Current Biology

Исследователи считают, что Monocercomonoides — это до сих пор единственный эукариотический организм, полностью отказался митохондрии и все что с ними связано. Отсутствуют жизненно важные функции митохондрий, такие как состав Fe—S-кластеров, восполнили, позаимствовав бактерии минимальной ферментов (рис. 2, 3).

Рис. 3. Схема эволюции митохондриальных метамонад. Обычно митохондрии редуцируются до митосом или других подобных органелл, но работают эукариот компоненты сборки Fe—S-кластеров (ISC). Предки Monocercomonoides и Paratrimastix получают бактериальный комплекс для синтеза Fe—S-кластеров (SUF) это позволяет им отбросить ферменты ISC-группа. У Monocercomonoides исчезают и митосомы. Параллельно, другие метамонад, не получили, кроме того цитоплазматический комплекс для синтеза Fe—S-кластеров, остаются митосомы или в зависимости от первоначально митохондриальным от ISC. Изображение из обсуждаемой статьи в Current Biology

Вряд ли Monocercomonoides — изначально безмитохондриальный эукариотический организм. Не его родственника Paratrimastix pyriformis есть митосомы, что означает, что Monocercomonoides просто идти вперед на пути отказа от митохондрии немного дальше. Для этой цели очень пригодились прихваченные в бактерии полезные ферменты. Этот пример, подчеркивают ученые, показывает, что эукариоты не так недоступны для горизонтального переноса генов, как считается. Они вполне могут ассимилировать чужеродные гены, еще и бактериальной.

И еще более важно, Monocercomonoides демонстрирует принципиальную возможность существования безмитохондриальной ядерные клетки. Это тело может жить в низкокислородной или без кислорода среде, в условиях высокой концентрации органических веществ, серы и железа. И как он распорядится своим биохимическим арсенал, бактериальной или эукариотическим — это личное дело, наживное.

Источник: Anna Karnkowska, Vojtěch Vacek, Zuzana Zubáčová, Себастьян G. Treitli, Романа Petrželková, Лаура Eme, Lukáš Novák, Vojtěch Žárský, Lael D. Барлоу, Эмили K. Герман, Петр Soukal, Miluše Hroudová, Pavel Doležal, Кортни W. Stairs, Эндрю Дж. Роджер, Марек Eliáš, Джоэл B. Dacks, Čestmír Vlček, Vladimír Hampl. A Eukaryote without a Mitochondrial Органелл // Current Biology. 2016. V. 26. P. 1-11. DOI: 10.1016/j.волынщик.В 2016.03.053.

Елена Наймарк

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.