Учeныe из рoссии и Кaнaды, рaсслeдoвaли oднoклeтoчный эукaриoтичeский oргaнизм Monocercomonoides, утeрявший в xoдe эвoлюции митoxoндрии. В эукaриoт в митoxoндрияx зa счeт oкислeния кислoрoдoм oргaничeскиx сoeдинeний, xрaнящиeся энeргии, этa функция oбслуживaeтся кoмплeксoм митoxoндриaльныx и ядeрныx гeнoв. Нo Monocercomonoides , нe oбнaружeнo ни митoxoндрий, ни ядeрныx гeнoв, связaнныx с этoй функциeй. Кaк oкaзaлoсь, Monocercomonoides был в сoстoянии пoлнoстью oткaзaться oт митoxoндрий, пoлучaя в прoцeссe гoризoнтaльнoгo пeрeнoсa гeнoв нaбoр нeoбxoдимыx бaктeриaльныx фeрмeнтoв.
В учeбникax по биологии написано, что эукариоты отличаются от прокариот наличие ядра, митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи и других мембранных органелл. Но, как выяснилось, из классических определений быть исключения. Таким образом, команда биоинформатиков, что представляет собой лабораторию, в различных университетах Чехии и Канады, имел счастье изучить эукариотический организм без митохондрий.
Первоначально считалось, что без митохондрий — органелл, запасающих в клетке энергию в виде АТФ, — эукариотическая клетка не может существовать. Затем были найдены эукариотические одноклеточные организмы без митохондрий (например, лямблии, трихомонада Trichomonas vaginalis, дипломонады рода Spironucleus – все это паразитические одноклеточные), и необходимость митохондрий была поставлена под сомнение. На этом этапе (середина 80-х годов XX века) активно была разработана гипотеза о симбиотическом происхождении видов. Таким образом, вероятность существования «переходных» клеток с сердечником, но без митохондрий-это называется соединенное Архезоа (Archezoa) — выглядел вполне логичным.
Но, затем, оказалось, что этих «переходных» форм, которые по-прежнему имеет производные митохондрий органеллы: митосомы вы лямблий, гидрогеносомы вы трихомонад и похожие гидрогеносомы мелкие мембранные органеллы, вы Spironucleus. Во всех этих структурах работали сложных специфических ферментов митохондрий и их функции так или иначе связаны с энергией обмена. Когда доказательства митохондриальной природы этих органелл больше не вызывали сомнений, все архезойная концепции потерял фактической поддержки. Утвердилось мнение, что эукариоты без митохондрий, которые невозможно.
В этом смысле, и был выпущен нормальное исследование еще одно тело без очевидных митохондрии — Monocercomonoides sp. из кишечника шиншиллы. Это представитель метамонад (см.: Metamonad) — жгутиковых более простые, не имеют митохондрий в норме. Ученые планировали, чтобы прочитать геном этого организама и, в частности, для определения наличия и локализации генов, связанных с митохондриальными функциями.
Эту задачу они выполнили — геном был прочитан с высокой точностью. Он был очень большой — 75 миллионов пар оснований (это в два раза меньше, чем трихомонад, но в 5 или в 6 раз больше, чем тех, лямблий); он определил 16 627 белок-кодирующих генов. Но нормальный комплекс генов, связанный митохондрий в эукариотических (в частности, генов ферментов, участвующих транспорта и классификации пептидов через мембраны митохондрий, так называемых «механизмов сортировки и монтаж», см. sorting and assembly machinery), не установлено. Также не показало никакой ген конвейеры, транспортеры мембраны АТФ, которые являются общими в других метамонад. Они откачивают АТФ из гидрогеносом и митосом из. Не было генов и белков, обеспечивая контакт эндоплазматической сети, митохондрий (см.: Endoplasmic reticulum–митохондрии connections) или его производные.
Решив, что дело может быть выраженной специализации генетика комплекса, ученые сделали поиск людей пропавших без вести во всех обширных баз данных геномики. Но не было найдено ни одного аналогичного гена с специфические функции, связанные исключительно с митохондриями. Другими словами — не было ничего, что указывало бы на работу митохондрий или их аналоги, для получения энергии в биохимии образом, что, как правило, используют эукариоты. То, как эти странные организмы получают энергию?
Гены ферментов, ответственных за метаболизм, Monocercomonoides об этом. Его структура позволяет одноклеточному распада глюкозы в анаэробных условиях, и все больше и пируват, конечный продукт анаэробного гликолиза, перед водородом до этанола и уксусной кислоты. Кроме того, Monocercomonoides имеет ферментным набор для разделения аминокислот аргинина; этот метаболический путь даже более эффективен, чем анаэробный гликолиз. Такой метаболизм известно, лямблий и трихомонад, и он протекает непосредственно в цитоплазме.
При получении энергии и передачи ее АТФ решающую роль проводников электронов, своего рода биомолекулярных провода. В живых организмах выполняют свою функцию белков с железосерными кластеров (Fe—S-кластеров, см.: R. Lill, У Mühlenhoff, 2006. Iron-sulfur protein биоценоз in эукариоты: components and mechanisms). Они характеризуются мобильных подключений, среди железа и серы и, из-за этого, могут участвовать в переносе электронов. Как правило, все протеины с Fe—S-кластеры производятся в митохондриях (заводы — в пластидах). У бактерий и архей, очевидно, также имеет эти критические белки — без них передача энергии прерывается. Но они синтезируются с, бактериальной, набор ферментов в цитоплазме. Как оказалось, Monocercomonoides для синтеза Fe—S-кластеров имеет бактериальное набор ферментов, и не эукариотическим. Те же ферменты, бактериальные потерял Paratrimastix pyriformis, близких родственников, Monocercomonoides.
Рис. 2. Верхняя часть: эукариотический организм митохондрии, где работает комплекс ферментов сборки Fe—S-кластера (Железо-Серный Кластер, ISC). В середине: организмов с редуцированными митохондрий (митосомами, гидрогеносомами) кислорода и дыхание, соответственно, кислорода фосфорилирование продуктов гликолиза отсутствует, вместо этого, они включаются другие реакции с АТФ, но железосерные кластеры, которые синтезируются проверенным способом. Ниже: полная потеря митохондрии организмов, пришлось заменить митохондриальный комплекс ISC в бактериальный набор SUF (Sulfur мобилизации), которая также занимается производством железосерных кластеров (см. Iron-sulfur cluster biosynthesis). Рис. из обсуждаемой статьи в Current Biology
Исследователи считают, что Monocercomonoides это пока единственный известный эукариотический организм, полностью из митохондрий, и все, что с ними связано. Отсутствие жизненно важные функции митохондрий, такие как синтез Fe—S-кластеров, они восполнили, спрашивая, что бактерии, как минимум, комплекс ферментов (fig. 2, 3).
Рис. 3. Схема эволюции митохондрий метамонад. Нормальные митохондрии редуцируются до митосом или другие виды органелл, но работают эукариотические компоненты сборки Fe—S-кластера (ISC). Предки Monocercomonoides и Paratrimastix получают бактериальный комплекс для синтеза Fe—S-кластера (SUF), что позволяет им отказаться от ферментов, ISC-ярмарки. Вы Monocercomonoides исчезают и митосомы. Параллельно в других метамонад, не получили дополнительного цитоплазматический комплекс для синтеза Fe—S-кластеров остаются митосомы или их эквиваленты с оригинальной митохондриальным комплексом ISC. Рис. из обсуждаемой статьи в Current Biology
Вряд ли Monocercomonoides — основной безмитохондриальный эукариотический организм. В конце концов, это его родича Paratrimastix pyriformis есть митосомы, и, таким образом, Monocercomonoides только на этом пути отказа митохондрий немного больше. Для этого очень пригодились прихваченные бактерии полезные ферменты. В этом примере, подчеркивают ученые, указывает на то, что эукариоты не столь доступные для горизонтального переноса генов, как правило, считает. Они вполне могут ассимилировать чужие гены, даже бактериальной.
И, что еще более важно, Monocercomonoides показано, что концепция существования безмитохондриальной ядерных клеток. Такое тело может жить в низкокислородной или бескислородной среде, в условиях высокой концентрации органического вещества, серы и железа. И так, как он распорядится своим арсеналом биохимия, инфекции бактериальные или эукариотическим, это не их личное дело, наживное.
Источник: Анна Karnkowska, Vojtěch Vacek, Зузана Zubáčová, Себастьян C. Treitli, Римской Petrželková, Лаура, В, А, Лукаш Novák, Vojtěch Žárský, Lael D. Barlow, Эмили K. Герман, Петр Soukal, Miluše Hroudová, Гектор Doležal, Courtney W. Stairs, Эндрю Дж. Роджер, Марек Eliáš, Joel B. Dacks, Čestmír Vlček, Vladimír Hampl. В Eukaryote without a Mitochondrial Organelle // Current Biology. 2016. Ст. 26. Стр. 1-11. DOI: 10.1016/j. cub.2016.03.053.
Елена Наймарк
