Naučnici su u stromatolitima Shark Baya otkrili arheona iz grupe Asgard, Nerearchaeum marumarumayae, koji živi u uskoj udruzi sa sumpor-redukujućom bakterijom. Electron cryo-tomography otkriva tanke "cevčice" koje ih povezuju, a genomika i predviđanja struktura pokazuju proteine slične eukariotnim komponentama membranskog sistema i citoskeleta. Iako su nalazi obećavajući za razumevanje porekla eukariota, autori naglašavaju potrebu za dodatnim eksperimentalnim potvrđivanjem i očuvanjem Hamelin Pool staništa.
Novo otkriće u Shark Bayu: Arheon iz grupe Asgard otkriva vezu koja može objasniti poreklo složenih ćelija
A striking reconstruction of an Asgard archaeon, drawn from cryo-electron tomography, reveals a cell laced with thread-like internal scaffolding—structures that echo the architectural complexity seen in nucleus-bearing cells. (CREDIT: Margot Riggi, Max Planck Institute of Biochemistry)
Na prvi pogled, stromatoliti u Shark Bayu na zapadu Australije deluju kao neupadljive, tamne formacije u plitkim vodama. Ipak, njihove slojevite biofilmove čuvaju milione godina evolucione istorije i predstavljaju živi prozor u rane interakcije mikroorganizama koje su mogle da podstaknu nastanak složenih eukariotnih ćelija.
Otkrivanje i okruženje
Tim istraživača sa University of New South Wales, University of Technology Sydney i University of Melbourne identifikovao je arheon iz grupe Asgard, nazvan Nerearchaeum marumarumayae, u uzorcima iz podzemnih slojeva mikrobnih prostirki u Hamelin Poolu (Shark Bay). Ove mikrobne prostirke su guste, slojevite zajednice u kojima mikroorganizmi razmenjuju metabolite i prilagođavaju se uslovima kao što su visoka salinitet i periodične oscilacije rastvorenog kiseonika.
A composite image of the Asgard archaeon (inset) found within the microbial mats of Shark Bay, Western Australia. (CREDIT: Iain Duggin, Debnath Ghosal, Brendan Burns)
Kako su istraživači došli do otkrića
Istraživači su tokom nekoliko godina radili na obogaćivanju i kultivaciji uzoraka. Nisu mogli da dobiju čistu kulturu arheona: u uzorcima se konstantno pojavljivala jedna sumpor-redukujuća bakterija koja je rastla u udruženju sa arheonom, što ukazuje na moguću uzajamnu zavisnost.
Tim je koristio electron cryo-tomography za dobijanje visokorezolutivnih 3D snimaka, koji su otkrili tanke cilindrične projekcije — "cevčice" — koje fizički povezuju arheon sa bakterijskim partnerom. Uz to su primenjene genomika, proteomika i metode dubokog učenja za predviđanje struktura proteina.
(A) Location map and satellite image of Shark Bay, Australia, indicating the sampling location Nilemah. (B) Schematic of culturing pipeline. (C) Composition of representative cultures including one with the highest enrichment (G2.24) of a single Asgard archaeal strain (Loki-ASV2) as determined by 16S rRNA gene amplicon sequencing. (CREDIT: Current Biology)
Struktura i genom
Nerearchaeum marumarumayae pokazuje neobične morfološke osobine: kokoidalni oblici sa vesikulskim izdancima, velikim tubularnim proširenjima citoplazme, spoljnim vlaknima i ponekad nizovima povezanih jedinica. Spoljašnji sloj ćelije je nepravilne strukture sa sferoidnim globulama, a u ćeliji su uočene strukture koje podsećaju na encapsuline i termosomelike komplekse.
Genomske analize otkrivaju niz gena koji kodiraju proteine povezane sa kompleksnošću ćelijskih površina, membranskim interakcijama i citoskeletom; neki su homologni eukariotnim proteinima koji učestvuju u unutrašnjoj membranskoj organizaciji i vezikularnom transportu. Predviđanja struktura putem dubokog učenja dodatno su podržala ove nalaze.
Structural features of Nerearchaeum marumarumayae cells. (CREDIT: Current Biology)
Mogući mehanizmi međudjelovanja
Na osnovu genetskih i strukturnih podataka autori predlažu model u kome arheon koristi fermentativne puteve za proizvodnju vodonika i drugih proizvoda koji služe bakteriji kao izvori elektrona. Bakterija bi zauzvrat mogla da obezbeđuje vitamine, aminokiseline, masne kiseline, trehalozu i druge ključne supstance potrebne arheonu. Fizička veza putem cevčica može omogućavati direktan transport metabolita ili signalizaciju — ali ta funkcija još nije potvrđena eksperimentalno.
"Ovo je važna prekretnica u traganju za poreklom eukariotskog života," istakla je Debbie Ghosal (University of Melbourne). "Nalazi nas približavaju razumevanju kako su se složenosti ćelija razvile iz prostijih mikrobnih zajednica."
Ograničenja i sledeći koraci
Autori jasno navode da su mnogi zaključci zasnovani na rekonstrukciji iz genomskih i mikroskopskih podataka i da je neophodna direktna eksperimentalna potvrda funkcija navedenih struktura i proteina. Istraživanje je u velikoj meri zasnovano na obogaćenim kulturama, što ograničava potpunu proveru svih međusobnih interakcija u prirodnom okruženju.
Detailed features of Nerearchaeum marumarumayae revealed by electron cryotomography. (CREDIT: Current Biology)
Kulturalni i konzervacioni kontekst
Pri imenovanju Nerearchaeum marumarumayae, istraživači su konsultovali Malgana zajednicu i jezičke stručnjake kako bi osigurali poštovanje kulturnog konteksta. Shark Bay nije samo naučna lokacija već i područje kojim upravljaju Tradicionalni Vlasnici sa višemilenijumskom vezom za tu teritoriju. Rad također naglašava uticaj klimatskih promena i ljudskih aktivnosti na osetljive mikrobne ekosisteme.
Zaključak
Otkrivanje asocijacije između arheona iz grupe Asgard i sumpor-redukujuće bakterije pruža jedinstven moderni model koji može osvetliti korake u kojima su se razvijale ćelijske kompleksnosti koje su dovele do eukariota. Ipak, potrebna su dalja ispitivanja da bi se precizno utvrdile funkcije fizičkih veza i uloge identifikovanih proteina.
Izvor: Rezultati objavljeni u časopisu Current Biology. Dodatne informacije dostupne su u izvornom članku i saopštenjima istraživačkih timova.
Pomozite nam da budemo bolji.
