- 20,425
- 46
- 8 Ноя 2022
Открыты структуры, родственные микротрубочкам у наших клеточных предков.
В 2010 году биологи наткнулись на неожиданную родню человека — в иле Северного моря нашли микроорганизмы, чьи гены удивительно похожи на наш набор. Эти микробы отнесли к группе архей Asgard (по имени обители богов скандинавского пантеона). Генетический анализ показал: все эукариоты — от людей и синих китов до дубов — находятся с ними в одном древнем родстве. Около двух миллиардов лет назад общий предок одной из линий Asgard отделился от остальных, и именно из этой ветви возникли организмы со сложными клетками.
Долгое время оставалось неизвестным, как выглядят эти археи и что происходит у них внутри. ДНК удавалось извлекать из донных отложений и изучать, но сами клетки встречались крайне редко и плохо поддавались культивированию, поэтому наблюдать их под микроскопом было почти невозможно. На этом фоне возникали многочисленные гипотезы: какова их форма, что представляет собой внутренний каркас клетки, есть ли у них элементы, напоминающие эукариотические?
Постепенно исследователи научились выращивать представителей Asgard и наблюдать их в действии. Недавние работы раскрывают устройство этих организмов. В новой статье , выполненной группами Мартина Пильхофера (ETH Цюрих) и Кристы Шлёпер (Венский университет), описано, что часть клеточного каркаса у некоторых Asgard устроена удивительно похоже на то, что мы видим у сложных организмов, включая человека.
У эукариот внутренний скелет формируют в том числе белки семейства тубулина . Они соединяются в длинные микротрубочки, которые непрерывно наращиваются на одном конце и распадаются на другом. Эти динамические структуры распределяют хромосомы при делении, служат путями для молекулярных двигателей, перемещающих грузы, и помогают придавать мембранам нужную форму. Именно такая архитектура во многом определяет поведение сложной клетки.
С самого начала интерес к Asgard подпитывался геномными находками: в их ДНК обнаруживались варианты генов, считавшихся прежде сугубо эукариотическими. Это давало шанс понять очередность ключевых шагов эволюции сложной клетки — что появилось раньше: митохондрии, ядро, система внутренних мембран или развитая механика цитоскелета. Как заметил один из исследователей, такие результаты помогают приоткрыть тайну происхождения сложной жизни.
Роль цитоскелета в переходе от простых форм к эукариотам, вероятно, была решающей: большая клетка требует продуманной опорной и транспортной системы. В 2022 году та же команда обнаружила в архее Candidatus <em>Lokiarchaeum ossiferum</em> присутствие белка, близкого к актину, и визуализировала нити, которые он формирует. Параллельно генетика указывала на гены тубулина — особенно важного компонента деления у эукариот: без микротрубочек невозможно корректно развести хромосомы по дочерним клеткам.
Однако оставался принципиальный вопрос: образуют ли тубулиноподобные белки Asgard настоящие структуры, родственные микротрубочкам, и как они выглядят? Одна из статей 2022 года описывала трубчатые элементы у другого представителя группы, но их сходство с эукариотическими аналогами вызывало сомнения. В то же время постдоктор Флориан Вольвебер заметил на снимках <em>Lokiarchaeum</em> редкую изящную дугу, тянущуюся через всю клетку, — тонкую трубку, встречавшуюся лишь в малой доле препаратов.
Чтобы понять природу этих структур, учёные обратились к биохимии. Они выделили два тубулиноподобных белка архей, назвав их AtubA и AtubB, экспрессировали каждый в клетках насекомых, затем смешали очищенные образцы в пробирке и подобрали условия сборки. После серии проб в растворе стали образовываться полые цилиндры — процесс шёл быстро, как и в случае с эукариотическими микротрубочками.
Детальный анализ показал одновременно узнаваемую схему и важные отличия. Субъединицы складывались по тем же принципам, что у эукариот, но цилиндр состоял не из тринадцати протофиламентов, а из пяти — миниатюрная версия микротрубочки. При этом наблюдалась та же динамика: рост и распад, сменяющие друг друга. Меньший диаметр логичен для крошечной клетки археи, но способ взаимодействия белков родственный нашему.
Учёные, не участвовавшие в проекте, отмечают и другие детали: на изображениях видны нити, похожие на микротрубочки, а местами — их скопления и выступы, что перекликается с одной из гипотез возникновения ресничек и жгутиков у ранних эукариот. Интерес вызывает и сам пятипротофиламентный формат: различное число реек в стенке цилиндра может указывать на иные задачи, ради которых эволюция подбирала геометрию.
Что именно делают эти структуры в живой клетке Asgard, пока неясно. Вольвеберу пришлось просмотреть свыше пятидесяти клеток, чтобы найти считаные экземпляры с трубчатыми элементами, — значит, в условиях культуры такие события редки. К тому же у этих архей ещё не удавалось стабильно наблюдать деление; они растут медленно, нуждаются в бескислородной среде и в присутствии симбиотических бактерий, а поддерживать такие условия месяцами непросто. Чтобы поймать момент, когда механизм распределения ДНК реально работает, потребуется долгий непрерывный мониторинг.
Есть и альтернативный путь: найти близкого родственника с сопоставимыми генами тубулина, но с быстрым жизненным циклом, пометить соответствующие белки и наблюдать их поведение в реальном времени. Тогда удастся проверить, задействованы ли микротрубочковые аналоги в делении, как у эукариот, или же археи опираются на иные, прокариотические решения — ведь в мире бактерий и архей известны другие цитоскелетные белки, не связанные с тубулином.
На фоне этих находок общий контур истории вырисовывается чётче. Эукариотическая клетка отличается липидным бислоем плазматической мембраны, ядром, митохондриями (потомками некогда свободноживущих бактерий) и множеством внутренних органелл. Для организации такого устройства нужен развитый цитоскелет — сети актиновых и тубулиновых структур, согласованно управляющие формой, транспортом и делением. Обнаружение микротрубочкоподобных цилиндров у архей Asgard не делает их недостающим звеном, но даёт правдоподобный мостик: показывает, что ключевые элементы внутренней механики могли появляться ещё до возникновения полноценных эукариот.
Дальнейшие шаги связаны с накоплением новых данных: поиск дополнительных культур, улучшение методов визуализации, изучение видов с более удобной физиологией и сходным набором генов. Чем глубже мы будем узнавать о каркасе Asgard, тем ближе подойдём к ответу на главный вопрос: как набор древних решений, пригодных для крошечной археи, превратился в универсальный конструктор сложной клетки — основу многообразия современной жизни .
В 2010 году биологи наткнулись на неожиданную родню человека — в иле Северного моря нашли микроорганизмы, чьи гены удивительно похожи на наш набор. Эти микробы отнесли к группе архей Asgard (по имени обители богов скандинавского пантеона). Генетический анализ показал: все эукариоты — от людей и синих китов до дубов — находятся с ними в одном древнем родстве. Около двух миллиардов лет назад общий предок одной из линий Asgard отделился от остальных, и именно из этой ветви возникли организмы со сложными клетками.
Долгое время оставалось неизвестным, как выглядят эти археи и что происходит у них внутри. ДНК удавалось извлекать из донных отложений и изучать, но сами клетки встречались крайне редко и плохо поддавались культивированию, поэтому наблюдать их под микроскопом было почти невозможно. На этом фоне возникали многочисленные гипотезы: какова их форма, что представляет собой внутренний каркас клетки, есть ли у них элементы, напоминающие эукариотические?
Постепенно исследователи научились выращивать представителей Asgard и наблюдать их в действии. Недавние работы раскрывают устройство этих организмов. В новой статье , выполненной группами Мартина Пильхофера (ETH Цюрих) и Кристы Шлёпер (Венский университет), описано, что часть клеточного каркаса у некоторых Asgard устроена удивительно похоже на то, что мы видим у сложных организмов, включая человека.
У эукариот внутренний скелет формируют в том числе белки семейства тубулина . Они соединяются в длинные микротрубочки, которые непрерывно наращиваются на одном конце и распадаются на другом. Эти динамические структуры распределяют хромосомы при делении, служат путями для молекулярных двигателей, перемещающих грузы, и помогают придавать мембранам нужную форму. Именно такая архитектура во многом определяет поведение сложной клетки.
С самого начала интерес к Asgard подпитывался геномными находками: в их ДНК обнаруживались варианты генов, считавшихся прежде сугубо эукариотическими. Это давало шанс понять очередность ключевых шагов эволюции сложной клетки — что появилось раньше: митохондрии, ядро, система внутренних мембран или развитая механика цитоскелета. Как заметил один из исследователей, такие результаты помогают приоткрыть тайну происхождения сложной жизни.
Роль цитоскелета в переходе от простых форм к эукариотам, вероятно, была решающей: большая клетка требует продуманной опорной и транспортной системы. В 2022 году та же команда обнаружила в архее Candidatus <em>Lokiarchaeum ossiferum</em> присутствие белка, близкого к актину, и визуализировала нити, которые он формирует. Параллельно генетика указывала на гены тубулина — особенно важного компонента деления у эукариот: без микротрубочек невозможно корректно развести хромосомы по дочерним клеткам.
Однако оставался принципиальный вопрос: образуют ли тубулиноподобные белки Asgard настоящие структуры, родственные микротрубочкам, и как они выглядят? Одна из статей 2022 года описывала трубчатые элементы у другого представителя группы, но их сходство с эукариотическими аналогами вызывало сомнения. В то же время постдоктор Флориан Вольвебер заметил на снимках <em>Lokiarchaeum</em> редкую изящную дугу, тянущуюся через всю клетку, — тонкую трубку, встречавшуюся лишь в малой доле препаратов.
Чтобы понять природу этих структур, учёные обратились к биохимии. Они выделили два тубулиноподобных белка архей, назвав их AtubA и AtubB, экспрессировали каждый в клетках насекомых, затем смешали очищенные образцы в пробирке и подобрали условия сборки. После серии проб в растворе стали образовываться полые цилиндры — процесс шёл быстро, как и в случае с эукариотическими микротрубочками.
Детальный анализ показал одновременно узнаваемую схему и важные отличия. Субъединицы складывались по тем же принципам, что у эукариот, но цилиндр состоял не из тринадцати протофиламентов, а из пяти — миниатюрная версия микротрубочки. При этом наблюдалась та же динамика: рост и распад, сменяющие друг друга. Меньший диаметр логичен для крошечной клетки археи, но способ взаимодействия белков родственный нашему.
Учёные, не участвовавшие в проекте, отмечают и другие детали: на изображениях видны нити, похожие на микротрубочки, а местами — их скопления и выступы, что перекликается с одной из гипотез возникновения ресничек и жгутиков у ранних эукариот. Интерес вызывает и сам пятипротофиламентный формат: различное число реек в стенке цилиндра может указывать на иные задачи, ради которых эволюция подбирала геометрию.
Что именно делают эти структуры в живой клетке Asgard, пока неясно. Вольвеберу пришлось просмотреть свыше пятидесяти клеток, чтобы найти считаные экземпляры с трубчатыми элементами, — значит, в условиях культуры такие события редки. К тому же у этих архей ещё не удавалось стабильно наблюдать деление; они растут медленно, нуждаются в бескислородной среде и в присутствии симбиотических бактерий, а поддерживать такие условия месяцами непросто. Чтобы поймать момент, когда механизм распределения ДНК реально работает, потребуется долгий непрерывный мониторинг.
Есть и альтернативный путь: найти близкого родственника с сопоставимыми генами тубулина, но с быстрым жизненным циклом, пометить соответствующие белки и наблюдать их поведение в реальном времени. Тогда удастся проверить, задействованы ли микротрубочковые аналоги в делении, как у эукариот, или же археи опираются на иные, прокариотические решения — ведь в мире бактерий и архей известны другие цитоскелетные белки, не связанные с тубулином.
На фоне этих находок общий контур истории вырисовывается чётче. Эукариотическая клетка отличается липидным бислоем плазматической мембраны, ядром, митохондриями (потомками некогда свободноживущих бактерий) и множеством внутренних органелл. Для организации такого устройства нужен развитый цитоскелет — сети актиновых и тубулиновых структур, согласованно управляющие формой, транспортом и делением. Обнаружение микротрубочкоподобных цилиндров у архей Asgard не делает их недостающим звеном, но даёт правдоподобный мостик: показывает, что ключевые элементы внутренней механики могли появляться ещё до возникновения полноценных эукариот.
Дальнейшие шаги связаны с накоплением новых данных: поиск дополнительных культур, улучшение методов визуализации, изучение видов с более удобной физиологией и сходным набором генов. Чем глубже мы будем узнавать о каркасе Asgard, тем ближе подойдём к ответу на главный вопрос: как набор древних решений, пригодных для крошечной археи, превратился в универсальный конструктор сложной клетки — основу многообразия современной жизни .
- Источник новости
- www.securitylab.ru
