21 августа 2019, среда, 16:42
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Асгард в лаборатории

Hiroyuki Imachi et al.

Японские микробиологи под руководством Хироюки Имати (Hiroyuki Imachi) и Кена Такаи (Ken Takai) сумели вырастить в лабораторных условиях архей из группы Asgard, которые, как предполагают многие биологи, наиболее близки к предкам всех организмов, имеющих клеточные ядра. Статья с описанием полученных результатов ещё не опубликована в научном журнале, но ознакомившиеся с ней рецензенты уже публично назвали её «статьей года» и сравнили важность этого исследования для микробиологии с посадкой на Луну для космонавтики.

Около двух миллиардов лет назад в ходе эволюции произошло событие огромной важности. Если раньше на Земле существовали только прокариоты — организмы без клеточного ядра, то теперь возникли более совершенные эукариоты. Они были тоже одноклеточными, но внутри их клеток имелись ядра. Другое отличие эукариот состоит в появлении у них митохондрий — особых клеточных органов, служащих для производства энергии. Сейчас уже точно установлено, что митохондрии когда-то были самостоятельными бактериями, поглощёнными эукариотической клеткой.

Эукариоты стали бурно развиваться, и теперь к числу их потомков относятся грибы, растения и животные. Все эти два миллиарда лет продолжают существовать и прокариоты. Они разделяются на две большие группы — бактерии и археи. Археи, по данным молекулярной генетики, ближе к эукариотам, чем бактерии, предполагается, что именно археи сумели обзавестись ядром и митохондриями, дав начало эукариотам. Но детали этого события неясны. В частности, учёные хотят установить, разделились ли археи и эукариоты на раннем этапе и развивались уже независимо («теория трёх доменов») или же отделение эукариот произошло позже, в процессе эволюции архей.

В 2015 году появилась надежда разобраться с деталями происхождения эукариот от архей. В рамках проекта по поиску новых видов архей биолог Тайс Эттема (Thijs Ettema) из Упсальского университета и его коллеги проанализировали 10 граммов осадка, поднятого со дна в северной части Атлантики возле подводных вулканов, известных под названием «Замок Локи». Они обнаружили, что там присутствуют последовательности генов, которые указывают на наличие неизвестных микроорганизмов. Хотя исследователи смогли выделить только несколько нанограмм разрушенной ДНК, они при помощи методов метагеномики собрали воедино эти фрагменты и восстановили частичные геномы трёх новых архей. Учёные не смогли выделить живые или мёртвые организмы, но ДНК рассказала о них достаточно много.

Новые археи получили неофициальное название Lokiarchaeota, или кратко Локи, в честь скандинавского бога. Гены, кодирующие белок актин, который нужен для создания цитоскелета, у Локи оказались гораздо ближе к эукариотическим генам, чем аналогичные гены у прочих архей. Также у Локи обнаружили гены малых ГТФаз — ферментов, играющих роль в образовании цитоскелета и функционировании везикулярного транспорта в клетке. 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 позволяли судить, что «теория трёх доменов» неверна и что эукариоты возникли среди архей, а Локи — максимально близко к их предку.

Учёные очень хотели познакомиться с археями Локи непосредственно, но не могли обнаружить их клетки. Однако в последующие годы нашли следы ДНК родственников Локи. В 2016 году команда учёных во главе с представителями Техасского университета выделила из образцов, взятых в реке Уайт-Оук (Северная Каролина), геном архей Thorarchaeota, названных в честь бога Тора. В 2017 году вышло масштабное исследование, в котором на основе образцов из «Замка Локи», эстуария реки Уайт-Оук, водоносных горизонтов у реки Колорадо и геотермальных источников в Новой Зеландии и Японии были выявлены ещё две группы архей, родственных археям Локи. Им дали названия в честь богов Одина и Хеймдалля — Odinarchaeota и Heimdallarchaeota, а вся группа архей тогда же получила название Асгард по городу богов. Согласно реконструкции на основе генетических данных, группа Asgard разделилась на две ветви, в одну из которых вошли Lokiarchaeota, Thorarchaeota и Odinarchaeota, а в другую — Heimdallarchaeota и будущие предки эукариот.

Чтобы добиться успеха в выращивании этих архей, японским учёным потребовалось 12 лет. Хироюки, Такаи и их коллеги работали с образцами морских донных осадков, поднятых в 2006 году батискафом Shinkai 6500 с глубины примерно 2500 метров. Материалы в течение двух тысяч дней находились в биореакторах, куда постоянно подавался метан, чтобы воспроизвести атмосферу подводных гидротермальных источников. Затем небольшие образцы инкубировались в пробирках с большим количеством питательных веществ. Чтобы исключить проникновение бактериальных загрязнений, в среду были добавлены четыре антибиотика. Спустя год учёные обнаружили микроорганизмы в одной из пробирок.

Анализ ДНК показал, что микроорганизмы принадлежат к бактериям из группы Asgard. Японские исследователи нарушили традицию скандинавских названий и выбрали для них имя Prometheoarchaeum syntrophicum в честь титана Прометея. Эксперименты показывают, что Prometheoarchaeum syntrophicum обычно или даже всегда живёт в симбиозе с другим микроорганизмом, выделяющим метан. Сам Prometheoarchaeum syntrophicum расщепляет аминокислоты для получения энергии и выделяет водород, необходимый его партнёру. Сложные симбиотические отношения в этой паре, по мнению учёных, стали одной из причин, по которым представителей этой группы архей так сложно выращивать.

Исследователи секвенировали полный геном Prometheoarchaeum syntrophicum и утверждают, что он содержит некоторые гены, близкие к генам эукариот. При исследовании микроорганизма под электронным микроскопом видно, что он имеет множество разветвлённых придатков. Авторы предполагают, что с помощью подобных придатков древний представитель этой группы архей окружил бактерию, которой суждено было стать предком митохондрий в эукариотической клетке.

Препринт исследования выложен на сайте bioRxiv.org.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: [email protected]
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.