Асгард в лаборатории — Новости науки

Японские микробиологи под управлением Хироюки Имати (Hiroyuki Imachi) и Кена Такаи (Ken Takai) смогли вырастить в лабораторных критериях архей из группы Asgard, которые, как подразумевают почти все биологи, более близки к праотцам всех организмов, имеющих клеточные ядра. Статья с описанием приобретенных результатов ещё не размещена в научном журнальчике, но ознакомившиеся с ней рецензенты уже на публике окрестили её «статьей года» и сравнили значимость этого исследования для микробиологии с высадкой на Луну для астронавтики.

© Hiroyuki Imachi et al.© Hiroyuki Imachi et al.

Около 2-ух млрд годов назад в процессе эволюции вышло событие большой значимости. Если ранее на Земле существовали лишь прокариоты — организмы без клеточного ядра, то сейчас появились наиболее совершенные эукариоты. Они были тоже одноклеточными, но снутри их клеток имелись ядра. Другое отличие эукариот состоит в возникновении у их митохондрий — особенных клеточных органов, служащих для производства энергии. На данный момент уже буквально установлено, что митохондрии когда-то были самостоятельными микробами, поглощёнными эукариотической клеточкой.

Эукариоты стали бурно развиваться, и сейчас к числу их потомков относятся грибы, растения и звериные. Все эти два млрд лет продолжают существовать и прокариоты. Они делятся на две огромные группы — бактерии и археи. Археи, по данным молекулярной генетики, поближе к эукариотам, чем бактерии, предполагается, что конкретно археи смогли обзавестись ядром и митохондриями, дав начало эукариотам. Но детали этого действия неясны. А именно, учёные желают установить, разделились ли археи и эукариоты на ранешном шаге и развивались уже независимо («теория трёх доменов») либо же отделение эукариот вышло позднее, в процессе эволюции архей.

В 2015 году возникла надежда разобраться с деталями происхождения эукариот от архей. В рамках проекта по поиску новейших видов архей биолог Тайс Эттема (Thijs Ettema) из Упсальского института и его коллеги проанализировали 10 граммов осадка, поднятого со дна в северной части Атлантики около подводных вулканов, узнаваемых под заглавием «Замок Локи». Они нашли, что там находятся последовательности генов, которые указывают на наличие неведомых микробов. Хотя исследователи смогли выделить лишь несколько нанограмм разрушенной ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), они с помощью способов метагеномики собрали воедино эти фрагменты и вернули частичные геномы трёх новейших архей. Учёные не смогли выделить живы либо мёртвые организмы, но ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) поведала о их довольно много.

Новейшие археи получили неофициальное заглавие Lokiarchaeota, либо коротко Локи, в честь скандинавского бога. Гены, кодирующие белок актин, который нужен для сотворения цитоскелета, у Локи оказались еще поближе к эукариотическим генам, чем подобные гены у иных архей. Также у Локи нашли гены малых ГТФаз — ферментов, играющих роль в образовании цитоскелета и функционировании везикулярного транспорта в клеточке. Ещё у Локи имеются несколько генов белкового комплекса ESCRT, который у эукариот занят сгибанием и разрезанием мембран при клеточном делении и образовании везикул. Все эти данные дозволяли судить, что «теория трёх доменов» неверна и что эукариоты появились посреди архей, а Локи — очень близко к их предку.

Учёные весьма желали познакомиться с археями Локи конкретно, но не могли найти их клеточки. Но в следующие годы отыскали следы ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) родственников Локи. В 2016 году команда учёных во главе с представителями Техасского института выделила из образцов, взятых в реке Уайт-Оук (Северная Каролина), геном архей Thorarchaeota, нареченных в честь бога Тора. В 2017 году вышло масштабное исследование, в каком на базе образцов из «Замка Локи», эстуария реки Уайт-Оук, водоносных горизонтов у реки Колорадо и геотермальных источников в Новейшей Зеландии и Стране восходящего солнца были выявлены ещё две группы архей, схожих археям Локи. Им дали наименования в честь богов Одина и Хеймдалля — Odinarchaeota и Heimdallarchaeota, а вся группа архей тогда же получила заглавие Асгард по городку богов. Согласно реконструкции на базе генетических данных, группа Asgardразделилась на две ветки, в одну из которых вошли LokiarchaeotaThorarchaeota и Odinarchaeota, а в другую — Heimdallarchaeota и будущие праотцы эукариот.

Чтоб достигнуть фуррора в выращивании этих архей, японским учёным потребовалось 12 лет. Хироюки, Такаи и их коллеги работали с эталонами морских донных осадков, поднятых в 2006 году батискафом Shinkai 6500 с глубины приблизительно 2500 метров. Материалы в течение 2-ух тыщ дней находились в биореакторах, куда повсевременно подавался метан, чтоб воспроизвести атмосферу подводных гидротермальных источников. Потом маленькие эталоны инкубировались в пробирках с огромным количеством питательных веществ. Чтоб исключить проникновение бактериальных загрязнений, в среду были добавлены четыре антибиотика. Спустя год учёные нашли мельчайшие организмы в одной из пробирок.

Анализ ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) показал, что мельчайшие организмы принадлежат к микробам из группы Asgard. Японские исследователи нарушили традицию скандинавских заглавий и избрали для их имя Prometheoarchaeum syntrophicum в честь титана Прометея. Опыты демонстрируют, что Prometheoarchaeum syntrophicum обычно либо даже постоянно живёт в симбиозе с остальным мельчайшим организмом, выделяющим метан. Сам Prometheoarchaeum syntrophicum расщепляет аминокислоты для получения энергии и выделяет водород, нужный его партнёру. Сложные симбиотические дела в данной для нас паре, по воззрению учёных, стали одной из обстоятельств, по которым представителей данной для нас группы архей так трудно растить.

Исследователи секвенировали полный геном Prometheoarchaeum syntrophicum и говорят, что он содержит некие гены, близкие к генам эукариот. При исследовании мельчайшего организма под электрическим микроскопом видно, что он имеет огромное количество разветвлённых придатков. Создатели подразумевают, что при помощи схожих придатков старый представитель данной для нас группы архей окружил бактерию, которой предначертано было стать предком митохондрий в эукариотической клеточке.

Препринт исследования выложен на веб-сайте bioRxiv.org
Источник: Максим Руссо polit.ru

Оставьте ответ

Ваш электронный адрес не будет опубликован.