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 grupuojamos į eukariotai (complex forms characterised by inclusion of genetic materials of the cell into in a well-defined nucleus and the presence of cytoskeleton) and prokaryotes (simpler life forms with genetic material in cytoplasm without a specified nucleaus, including bacteria and archaebacteria). It was thought that cellular eukariotai evolved about 2 billion years ago, probably from the prokaryotes. But, how exactly did the eukaryotes originate? How are the complex cellular life forms, connected to the simpler cellular life forms? This was a big open question in biology.
Technologinė pažanga genų ir baltymų molekulinėje biologijoje padėjo įsigilinti į problemos esmę, kai 1977 m. buvo nustatyta, kad archėjos (tuomet vadintos „archebakterijomis“) yra „as distantly related to bacteria as bacteria are to eukariotai".Ankstesnis gyvybės formų skirstymas į prokariotus ir eukariotus buvo pagrįstas fenotipiniais skirtumais ląstelių organelių lygyje. Vietoj to, filogenetinis ryšys turėtų būti pagrįstas plačiai paplitusia molekule. Ribosominė RNR (rRNR) yra viena iš tokių biomolekulių, kurios yra visose savaime besidauginančiose sistemose ir kurių sekos laikui bėgant keičiasi labai mažai. Atlikus analizę, pagrįstą rRNR sekos apibūdinimu, reikėjo suskirstyti gyvus organizmus į eubakterijas (įskaitant visas tipiškas bakterijas), archėjos, ir eukariotai1.
Subsequently, evidences of closer relationship between archaea and eukaryotes starting emerging. In 1983, it was found that DNA-dependent RNA polymerases of archaea and eukariotai are of same type; both show strikingly similar immunochemical properties and both are derived from a common ancestral structure2. Remiantis numanomu sudėtiniu baltymų poros filogenetiniu medžiu, kitas tyrimas, paskelbtas 1989 m., atskleidė artimesnį archajų ryšį su eukariotais nei su eubakterijomis.3. By this time, the archaeal origin of eukariotai was established but exact archaeal species remained to be identified and studied.
Genominių tyrimų augimas po sėkmės genomo projektas, suteikė labai reikalingą užpildą šiai sričiai. 2015–2020 m. keliuose tyrimuose nustatyta, kad Asgard archėjos turi eukariotams būdingus genus. Jų genomai yra praturtinti baltymais, kurie laikomi specifiniais eukariotams. Šie tyrimai aiškiai nustatė, kad Asgard archaea turi artimiausią genetinį artumą eukariotams dėl to, kad jų genome yra šimtai eukariotų parašo baltymų (ESP) genų.
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.
Tyrėjai po šešerių sunkaus darbo metų improvizavo metodus ir sėkmingai išugdė laboratorijoje labai praturtintą kultūrą.Candidatus Lokiarchaeum ossiferum“, Asgardo prieglobsčio narys. Tai buvo puikus pasiekimas, nes tai leido tyrėjams vizualizuoti ir ištirti vidines Asgardo ląstelių struktūras.
Cryo-electron tomography was employed to image the enrichment culture. The Asgard cells had coccoid cell bodies and a network of branched protrusions. Cell surface structure was complex. Cytoskeleton extended throughout the cell bodies. The twisted double-stranded filaments comprise Lokiactin (viz. actin homologues encoded by Lokiarchaeota). Thus, Asgard cells had complex actin-based cytoskeleton, which the researchers propose, predated evolution of the first 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
***
