Vedci objavili prvú organelu viažucu dusík

Moderné učebnice biológie zdôrazňujú, že dusík z atmosféry môžu odoberať a premieňať na formu užitočnú pre život iba baktérie. Rastliny, ktoré fixujú dusík, ako sú strukoviny, to robia tak, že vo svojich koreňových uzlinách ukrývajú symbiotické baktérie. Nedávny objav však toto pravidlo vyvrátil.

V dvoch nedávnych dokumentoch opísal medzinárodný tím vedcov prvú známu organelu viažucu dusík v eukaryotickej bunke. Organela je štvrtým príkladom v histórii primárnej endosymbiózy – procesu, pri ktorom sa prokaryotická bunka pohltí eukaryotickou bunkou a vyvinie sa do organely mimo symbiózy.

„Je veľmi zriedkavé, že organely vznikajú z týchto typov vecí,“ povedal Tyler Cooley, postdoktorand na UC Santa Cruz a prvý autor jedného z dvoch nedávnych článkov. V súvislosti s pôvodom mitochondrií povedal: „Keď sme si prvýkrát mysleli, že sa to stalo, dalo to vzniknúť celému komplexnému životu. Všetko zložitejšie ako bakteriálna bunka vďačí za svoju existenciu tejto udalosti.“ „Asi pred miliardou rokov sa to stalo znova s ​​chloroplastmi a to nám dalo rastliny,“ povedal Cooley.

Tretí známy príklad zahŕňa mikroorganizmus podobný chloroplastu. Najnovší objav je prvým príkladom organely viažucej dusík, ktorú vedci nazývajú nitroplast.

desaťročia stará záhada

Objav organely zahŕňal trochu šťastia a desaťročia práce. V roku 1998 významný profesor morských vied UC Santa Cruz Jonathan Zehr našiel krátku sekvenciu DNA, ktorá sa zdala byť z neznámej cyanobaktérie viažucej dusík v morskej vode Tichého oceánu. Zehr a jeho kolegovia roky študovali záhadné stvorenie, ktoré nazvali UCYN-A.

V tom istom čase sa paleontologička Kyoko Hagino z Kochi University v Japonsku usilovne pokúšala kultivovať morské riasy. Ukázalo sa, že ide o hostiteľský organizmus UCYN-A. Trvalo mu viac ako 300 odberových kampaní a viac ako desať rokov, ale Hagino nakoniec úspešne pestoval riasy v kultúre, čo umožnilo iným výskumníkom začať súčasne študovať UCYN-A a jeho hostiteľa z morských rias v laboratóriu.

Vedci roky považovali UCYN-A za endosymbionta úzko spojeného s riasou. Dva nedávne články však ukazujú, že UCYN-A sa vyvinul spoločne so svojím hostiteľom v predchádzajúcom symbionte a teraz spĺňa kritériá organely.

Pôvod organel

V článku publikovanom v miestnosť V marci 2024 Zehr a kolegovia z Massachusettského technologického inštitútu, Institut de Ciensis del Mar v Barcelone a University of Rhode Island ukázali, že pomer veľkosti medzi UCYN-A a ich hostiteľmi z rias je podobný u rôznych druhov morí. haptofytné riasy. Brarudosphaera bigelovii.

Výskumníci používajú model na preukázanie, že rast hostiteľskej bunky a UCYN-A je regulovaný výmenou živín. Ich metabolizmus je prepojený. Táto koordinácia v rýchlosti rastu viedla výskumníkov k tomu, aby nazvali UCYN-A „podobný organele“.

„Presne to sa deje s organelami,“ povedal Zehr. „Ak sa pozriete na mitochondrie a chloroplasty, je to to isté: rastú s bunkou.“

Vedci však s istotou nenazvali UCYN-A organelou, kým to nepotvrdili ďalšie dôkazy. In titulný článok časopisu VedaDnes zverejnené Zahar, Kole, Kendra Turk-Kubo a Wing Kwan Esther Mak z UC Santa Cruz a spolupracovníci z Kalifornskej univerzity v San Franciscu, Národného laboratória Lawrence Berkeleyho, Národnej taiwanskej oceánskej univerzity a Kochi University v Japonsku ukazujú, že UCYN- A je import proteínov z hostiteľských buniek.

„Je to jeden z charakteristických znakov toho, že niečo prechádza z endosymbionta na organelu,“ povedal Zehr. „Začnú vyhadzovať kúsky DNA a ich genómy sa zmenšujú a zmenšujú a začínajú sa spoliehať na materskú bunku, ktorá prenesie tieto génové produkty – alebo samotné proteíny – do bunky.“

Cole pre štúdiu pracoval na proteomike. Porovnali proteíny nachádzajúce sa v izolovanom UCYN-A s proteínmi nachádzajúcimi sa v celej hostiteľskej bunke rias. Zistili, že hostiteľská bunka vytvára proteíny a označuje ich špecifickou sekvenciou aminokyselín, ktorá bunke hovorí, aby ich poslala do nitroplastu. Nitroplast potom dováža proteíny a používa ich. Cole identifikoval funkciu niektorých proteínov a vyplňujú medzery v niektorých dráhach v rámci UCYN-A.

„Je to ako toto magické puzzle, ktoré do seba skutočne zapadá a funguje,“ povedal Zehr.

V tom istom dokumente výskumníci UCSF ukazujú, že UCYN-A sa replikuje synchrónne s bunkou rias a je zdedená ako iné organely.