Эукариоттар: оның архейлік ата тегі туралы әңгіме

Тіршілік формаларының прокариоттар мен эукариоттарға дәстүрлі топтастырылуы 1977 жылы рРНҚ тізбегінің сипаттамасы архейлердің (ол кезде «архебактериялар» деп аталатын) «бактериялармен эукариоттармен қаншалықты алыс туыстықта болатыны» анықталған кезде қайта қаралды. Бұл тірі ағзаларды топтастыруды қажет етті. эубактерияларға (барлық типтік бактерияларды қамтиды), архейлерге және эукариоттарға. Эукариоттардың шығу тегі туралы мәселе қалды. Уақыт өте келе эукариоттардың архейлік шығу тегін дәлелдейтін дәлелдер пайда бола бастады. Асгард археасының геномында бірнеше жүздеген эукариоттық белгі белоктары (ESPs) гендерінің бар екендігі ерекше қызығушылық тудырды. Эукариоттардың цитоскелетінің және күрделі жасушалық құрылымдарының сипаттамаларының дамуында ESP маңызды рөл атқарады. 21 жылдың 2022 желтоқсанында жарияланған серпінді зерттеуде зерттеушілер крио-электрондық томографияның көмегімен суретке түсірген қиын Asgard археасының байытылған мәдениетін сәтті өсіру туралы хабарлады. Олар Асгард жасушаларында күрделі актин негізіндегі цитоскелет бар екенін байқады. Бұл эукариоттардың архейлік ата-тегінің алғашқы тікелей көрнекі дәлелі, эукариоттардың шығу тегін түсінудегі маңызды қадам болды.  

1977 жылға дейін Жердегі тіршілік формалары топтастырылды эукариоттар (жасушаның генетикалық материалдарының нақты анықталған ядроға енуімен және цитоскелеттің болуымен сипатталатын күрделі формалар) және прокариоттар (бактериялар мен архебактерияларды қоса, нақты ядросы жоқ цитоплазмада генетикалық материалы бар қарапайым тіршілік формалары). Бұл ұялы деп есептелді эукариоттар шамамен 2 миллиард жыл бұрын, мүмкін прокариоттардан пайда болған. Бірақ эукариоттар қалай пайда болды? Күрделі жасушалық тіршілік формалары қарапайым жасушалық тіршілік формаларымен қалай байланысады? Бұл биологиядағы үлкен ашық сұрақ болды.  

Ген мен ақуыздың молекулярлық биологиясындағы технологиялық жетістіктер 1977 жылы археялар (ол кезде «архебактериялар» деп аталатын) табылған кезде, мәселенің мәнін ашуға көмектесті.бактериялар сияқты алыс туыстары эукариоттар. 'Бұрынғы тіршілік формаларының прокариоттар мен эукариоттарға бөлінуі жасуша органеллалары деңгейіндегі фенотиптік айырмашылықтарға негізделген. Филогенетикалық қатынас оның орнына кең таралған молекулаға негізделуі керек. Рибосомалық РНҚ (рРНҚ) - барлық өздігінен репликацияланатын жүйелерде болатын және реті уақыт өте аз өзгеретін осындай биомолекулалардың бірі. РРНҚ тізбегінің сипаттамасына негізделген талдау тірі ағзаларды эубактерияларға (барлық типтік бактерияларды қамтитын) топтастыруды қажет етті. архей, және эукариоттар¹.  

Кейінірек археялар мен эукариоттардың арасындағы тығыз байланыстың дәлелдері пайда бола бастады. 1983 жылы архейлердің ДНҚ-тәуелді РНҚ полимеразалары және эукариоттар бір типті; екеуі де таңғажайып ұқсас иммунохимиялық қасиеттерді көрсетеді және екеуі де ортақ тектік құрылымнан алынған². Ақуыз жұбының болжамды құрама филогенетикалық ағашына сүйене отырып, 1989 жылы жарияланған басқа зерттеу эубактерияларға қарағанда археялардың эукариоттармен жақынырақ байланысын анықтады.³. Осы уақытқа дейін архейлік шығу тегі эукариоттар анықталды, бірақ нақты археологиялық түрлерді анықтау және зерттеу қажет болды.  

Табысқа жеткеннен кейін геномдық зерттеулердегі өсу геномдық жоба, осы салаға өте қажет толтыруды қамтамасыз етті. 2015-2020 жылдар аралығында бірнеше зерттеулер Асгардты анықтады архей эукариоттарға тән гендерді тасымалдайды. Олардың геномдары эукариоттарға тән белоктар үшін байытылған. Бұл зерттеулер геномында жүздеген эукариоттық белгі белоктарының (ESPs) гендерінің болуына байланысты Asgard archaea эукариотқа ең жақын генетикалық жақындығын анық көрсетті.  

Келесі қадам ESPs рөлін растау үшін Асгард археасының ішкі жертөле құрылымын физикалық түрде визуализациялау болды, өйткені ESP күрделі жасушалық құрылымдардың қалыптасуында негізгі рөл атқарады. Бұл үшін осы археяның жоғары байытылған мәдениеттері қажет болды, бірақ Асгард түсініксіз және жұмбақ екені белгілі. оларды зертханада зерттеу үшін жеткілікті мөлшерде өсіруде қиындықтар туғызады. Жақында 21 жылдың 2022 желтоқсанында жарияланған зерттеуге сәйкес, бұл қиындық енді еңсерілді.  

Зерттеушілер алты жылдық қажырлы еңбектің нәтижесінде импровизацияланған әдістемелерге қол жеткізді және зертханалық жағдайда жоғары байытылған мәдениетті сәтті өсірді.Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', Асгард филумының мүшесі. Бұл тамаша жетістік болды, өйткені бұл зерттеушілерге Асгардтың ішкі жасушалық құрылымдарын визуализациялауға және зерттеуге мүмкіндік берді.    

Байыту мәдениетін бейнелеу үшін криоэлектронды томография қолданылды. Асгард жасушаларында коккоидты жасушалардың денелері және тармақталған шығыңқылар желісі болды. Жасуша бетінің құрылымы күрделі болды. Цитоскелет бүкіл жасуша денелеріне таралады. Бұрылған қос жіпті жіптер Локиактинді (мысалы, Lokiarchaeota арқылы кодталған актин гомологтары) құрайды. Осылайша, Асгард жасушаларында күрделі актинге негізделген цитоскелет болды, оны зерттеушілер біріншісінің эволюциясынан бұрын ұсынды. эукариоттар.  

Эукариоттардың архейлік ата-тегінің алғашқы нақты физикалық/визуалды дәлелі ретінде бұл биологиядағы тамаша прогресс.

*** 

Әдебиеттер тізімі:  

1. Woese CR және Fox GE, 1977. Прокариоттық доменнің филогенетикалық құрылымы: Бастапқы патшалықтар. 1977 жылғы қарашада жарияланған. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  

2. Хуэт, Дж., т.б 1983. Архебактериялар мен эукариоттарда жалпы типтегі ДНҚ-тәуелді РНҚ полимеразалары бар. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  

3. Ивабе, Н., т.б 1989. Архебактериялардың, эубактериялардың және эукариоттардың эволюциялық қатынасы қайталанатын гендердің филогенетикалық ағаштарынан алынған. Проц. Натл Акад. Ғылым. АҚШ 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  

4. Родригес-Оливейра, Т. т.б. 2022. Асгард археонындағы актин цитоскелеті және күрделі жасуша архитектурасы. Жарияланды: 21 желтоқсан 2022. Табиғат (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

***