Tradicinis gyvybės formų grupavimas į prokariotus ir eukariotus buvo peržiūrėtas 1977 m., kai rRNR sekos apibūdinimas atskleidė, kad archėjos (tuo metu vadinamos „archebakterijomis“) „yra taip toli su bakterijomis, kaip bakterijos su eukariotais“. į eubakterijas (įskaitant visas tipiškas bakterijas), archajas ir eukariotus. Išliko eukariotų kilmės klausimas. Atėjus laikui, pradėjo kauptis įrodymai, patvirtinantys archeologinius eukariotų protėvius. Ypač įdomu buvo tai, kad Asgard archaea genome turi kelis šimtus eukariotų parašo baltymų (ESP) genų. ESP vaidina lemiamą vaidmenį kuriant citoskeletą ir sudėtingas eukariotų ląstelių struktūras. 21 m. gruodžio 2022 d. paskelbtame proveržio tyrime mokslininkai pranešė, kad sėkmingai auginama praturtinta nepagaunamų Asgard archėjų kultūra, kurią jie atvaizdavo naudodami krioelektroninę tomografiją. Jie pastebėjo, kad Asgard ląstelės iš tikrųjų turėjo sudėtingą aktino pagrindu pagamintą citoskeletą. Tai buvo pirmasis tiesioginis vaizdinis eukariotų archeologinės kilmės įrodymas, reikšmingas žingsnis siekiant suprasti eukariotų kilmę.
Iki 1977 m. gyvybės formos Žemėje buvo suskirstytos į eukariotus (sudėtingas formas, kurioms būdingas ląstelės genetinės medžiagos įtraukimas į aiškiai apibrėžtą branduolį ir citoskeleto buvimas) ir prokariotus (paprastesnes gyvybės formas su genetine medžiaga citoplazmoje be konkretaus branduolio, įskaitant bakterijas ir archebakterijas). Buvo manoma, kad ląsteliniai eukariotai išsivystė maždaug prieš 2 milijardus metų, tikriausiai iš prokariotų. Tačiau kaip tiksliai atsirado eukariotai? Kaip sudėtingos ląstelinės gyvybės formos yra susijusios su paprastesnėmis ląstelinėmis gyvybės formomis? Tai buvo didelis atviras klausimas biologijoje.
Technologinė pažanga genų ir baltymų molekulinėje biologijoje padėjo įsigilinti į problemos esmę, kai 1977 m. buvo nustatyta, kad archėjos (tuomet vadintos „archebakterijomis“) yra „ tokios pat tolimos giminystės ryšiais su bakterijomis, kaip bakterijos su eukariotais “. Ankstesnis gyvybės formų skirstymas į prokariotus ir eukariotus buvo pagrįstas fenotipiniais skirtumais ląstelių organelių lygmenyje. Filogenetinis ryšys turėtų būti grindžiamas plačiai paplitusia molekule. Ribosominė RNR (rRNR) yra viena iš tokių biomolekulių, kuri yra visose save replikuojančiose sistemose ir kurios sekos laikui bėgant kinta labai mažai. Analizė, pagrįsta rRNR sekos apibūdinimu, išreikalavo gyvų organizmų grupavimą į eubakterijas (apimančias visas tipines bakterijas), archėjas ir eukariotus1.
Vėliau pradėjo ryškėti glaudesnio giminystės ryšio tarp archėjų ir eukariotų įrodymai. 1983 m. buvo nustatyta, kad nuo DNR priklausomos archėjų ir eukariotų RNR polimerazės yra to paties tipo; abi pasižymi stebėtinai panašiomis imunocheminėmis savybėmis ir abi yra kilusios iš bendros protėvių struktūros2 . Remiantis išvestu sudėtiniu baltymų poros filogenetiniu medžiu, kitas 1989 m. paskelbtas tyrimas atskleidė glaudesnį archėjų ryšį su eukariotais nei su eubakterijomis3 . Iki to laiko eukariotų archeologinė kilmė buvo nustatyta, tačiau tikslios archėjų rūšys dar nebuvo nustatytos ir ištirtos.
Po sėkmingo genomo projekto išaugęs genominių tyrimų skaičius suteikė labai reikalingą postūmį šiai sričiai. 2015–2020 m. atlikta keletas tyrimų, kurie parodė, kad Asgardo archėjos turi eukariotams būdingus genus. Jų genomuose gausu baltymų, kurie laikomi būdingais eukariotams. Šie tyrimai aiškiai nustatė, kad Asgardo archėjos yra genetiškai artimiausios eukariotams dėl šimtų eukariotinių parašo baltymų (ESP) genų jų genome.
Kitas žingsnis buvo fiziškai vizualizuoti vidinę Asgard archajų rūsio struktūrą, kad būtų patvirtintas ESP vaidmuo, kaip plačiai manoma, kad ESP vaidina pagrindinį vaidmenį formuojant sudėtingas ląstelių struktūras. Tam reikėjo labai praturtintų šios archeijos kultūrų, tačiau žinoma, kad Asgardas yra sunkiai įveikiamas ir paslaptingas. sukelia sunkumų auginant pakankamai didelius kiekius, kad būtų galima juos ištirti laboratorijoje. Remiantis neseniai 21 m. gruodžio 2022 d. paskelbtu tyrimu, šis sunkumas jau įveiktas.
Po šešerių metų sunkaus darbo tyrėjai, patobulinę metodus ir sėkmingai laboratorijoje kultivavo labai praturtintą „ Candidatus Lokiarchaeum ossiferum“ , Asgardo tipo nario, kultūrą. Tai buvo puikus pasiekimas dar ir todėl, kad tai leido tyrėjams vizualizuoti ir tirti vidines Asgardo ląstelių struktūras.
Praturtintos kultūros vaizdavimui buvo panaudota krioelektroninė tomografija. Asgardo ląstelės turėjo kokoso formos ląstelių kūnus ir išsišakojusių išsikišimų tinklą. Ląstelės paviršiaus struktūra buvo sudėtinga. Citoskeletas driekėsi per visus ląstelių kūnus. Susukti dvigrandžiai filamentai sudaro lokiaktiną (t. y. aktino homologus, kuriuos koduoja Lokiarchaeota). Taigi, Asgardo ląstelės turėjo sudėtingą aktino pagrindu sukurtą citoskeletą, kuris, tyrėjų teigimu, atsirado anksčiau nei pirmieji eukariotai.
Kaip pirmasis konkretus fizinis / vizualinis eukariotų archeologinės kilmės įrodymas, tai yra nepaprasta pažanga biologijoje.
***
Nuorodos:
- Woese CR ir Fox GE, 1977. Prokariotų srities filogenetinė struktūra: pirminės karalystės. Paskelbta 1977 m. lapkričio mėn. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huetas, J. et al 1983. Archebakterijos ir eukariotai turi bendro tipo nuo DNR priklausomas RNR polimerazes. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., et al 1989. Archebakterijų, eubakterijų ir eukariotų evoliuciniai ryšiai, numanomi iš pasikartojančių genų filogenetinių medžių. Proc. Natl Akad. Sci. USA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodriguesas-Oliveira, T., et al. 2022. Aktino citoskeletas ir sudėtinga ląstelių architektūra Asgardo archeone. Publikuota: 21 m. gruodžio 2022 d. Gamta (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
