Az életformák hagyományos csoportosítását prokariótákra és eukariótákra 1977-ben felülvizsgálták, amikor az rRNS-szekvencia jellemzése feltárta, hogy az archaeák (akkoriban „archaebaktériumoknak” nevezett) „olyan távoli rokonságban állnak a baktériumokkal, mint a baktériumok az eukariótákkal”. Ez az élő szervezetek csoportosítását tette szükségessé. eubaktériumokba (amelyek tartalmazzák az összes tipikus baktériumot), archaeákba és eukariótákba. Maradt az eukarióták eredetének kérdése. Idővel bizonyítékok gyűlnek az eukarióták régészeti származása mellett. Különösen érdekes volt az a felfedezés, hogy az Asgard archaea genomjában több száz eukarióta aláírási fehérje (ESP) gén található. Az ESP-k döntő szerepet játszanak az eukarióták citoszkeletonjának és összetett sejtszerkezetének kialakulásában. Egy 21. december 2022-én közzétett áttörést jelentő tanulmányban a kutatók a megfoghatatlan Asgard archaea gazdag kultúrájának sikeres termesztéséről számoltak be, amelyet krioelektrontomográfiával készítettek. Megfigyelték, hogy az Asgard-sejtek valóban összetett aktin-alapú citoszkeletonnal rendelkeznek. Ez volt az első közvetlen vizuális bizonyíték az eukarióták ősi származására, ami jelentős lépés az eukarióták eredetének megértésében.
1977-ig a földi életformákat csoportosították eukarióták (komplex formák, amelyeket a sejt genetikai anyagának egy jól meghatározott sejtmagba való beépülése és a citoszkeleton jelenléte jellemez) és prokarióták (egyszerűbb életformák, amelyek genetikai anyaga a citoplazmában található meghatározott mag nélkül, beleértve a baktériumokat és archaebaktériumokat). Azt hitték, hogy sejtes eukarióták körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt fejlődött ki, valószínűleg a prokariótákból. De hogyan keletkeztek pontosan az eukarióták? Hogyan kapcsolódnak a komplex sejtes életformák az egyszerűbb sejtes életformákhoz? Ez egy nagy nyitott kérdés volt a biológiában.
A gének és fehérjék molekuláris biológiájában elért technológiai fejlemények segítettek elmélyülni a probléma lényegében, amikor 1977-ben kiderült, hogy az archaea (akkori nevén archaebaktérium)olyan távoli rokonságban áll a baktériumokkal, mint a baktériumokkal eukarióták. "Az életformák korábbi megkülönböztetése prokariótákra és eukariótákra a sejtszervecskék szintjén tapasztalható fenotípusos különbségeken alapult. Ehelyett a filogenetikai kapcsolatnak egy széles körben elterjedt molekulán kell alapulnia. A riboszómális RNS (rRNS) egy ilyen biomolekula, amely minden önreplikálódó rendszerben jelen van, és amelynek szekvenciája idővel nagyon kevéssé változik. Az rRNS-szekvencia jellemzésen alapuló elemzés szükségessé tette az élő szervezetek eubaktériumokba való csoportosítását (amelyek tartalmazzák az összes tipikus baktériumot), archaeaés eukarióták1.
Ezt követően az archaeák és az eukarióták közötti szorosabb kapcsolatra utaló bizonyítékok kezdenek felbukkanni. 1983-ban megállapították, hogy az archaea DNS-függő RNS polimerázai és eukarióták azonos típusúak; mindkettő feltűnően hasonló immunkémiai tulajdonságokat mutat, és mindkettő egy közös ősi szerkezetből származik2. Egy másik, 1989-ben publikált tanulmány egy fehérjepár kompozit filogenetikai fájára alapozva feltárta, hogy az archaea közelebbi rokonságot mutat az eukariótákhoz, mint az eubaktériumokhoz.3. Ekkorra már a régészeti eredete eukarióták létrejött, de a pontos régészeti fajok azonosítása és tanulmányozása még várat magára.
A genomikai vizsgálatok növekedése a sikert követően genom projekt, nagyon szükséges feltöltést biztosított ezen a területen. 2015 és 2020 között több tanulmány is megállapította, hogy Asgard archaea eukarióta specifikus géneket hordoznak. Genomjaik az eukariótákra specifikusnak tekintett fehérjékkel gazdagodtak. Ezek a vizsgálatok egyértelműen kimutatták, hogy az Asgard archaea genetikailag a legközelebb áll az eukariótákhoz, mivel genomjukban több száz eukarióta aláírási fehérje (ESP) gén található.
A következő lépés az Asgard archaea belső pinceszerkezetének fizikai vizualizálása volt, hogy megerősítsük az ESP-k szerepét, ahogyan azt széles körben tartják, hogy az ESP-k kulcsszerepet játszanak az összetett sejtszerkezetek kialakításában. Ehhez az archaea igen gazdag kultúráira volt szükség, de Asgardról ismert, hogy megfoghatatlan és titokzatos. nehézséget okoz a termesztésben, elég nagy mennyiségben ahhoz, hogy laboratóriumban tanulmányozzák őket. A közelmúltban, 21. december 2022-én közölt tanulmány szerint ez a nehézség mostanra sikerült.
A kutatók hat év kemény munkája után rögtönzött technikákat fejlesztettek ki, és sikeresen termesztették laboratóriumi körülmények között a 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum”, az Asgard törzs tagja. Ez azért is figyelemre méltó eredmény volt, mert ez lehetővé tette a kutatóknak, hogy vizualizálják és tanulmányozzák Asgard belső sejtszerkezetét.
A dúsító tenyészet leképezésére krioelektron-tomográfiát alkalmaztunk. Az Asgard-sejtek coccoid sejttesttel és elágazó kiemelkedések hálózatával rendelkeztek. A sejtfelszín szerkezete összetett volt. A citoszkeleton az egész sejttestre kiterjedt. A csavart kétszálú filamentumok Lokiactint tartalmaznak (azaz a Lokiarchaeota által kódolt aktin homológokat). Így az Asgard-sejtek komplex aktin-alapú citoszkeletonnal rendelkeztek, ami a kutatók szerint megelőzte az első evolúciót. eukarióták.
Az eukarióták ősi származásának első konkrét fizikai/vizuális bizonyítékaként ez figyelemre méltó előrelépés a biológiában.
***
Referenciák:
- Woese CR és Fox GE, 1977. A prokarióta tartomány filogenetikai szerkezete: Az elsődleges királyságok. Megjelent: 1977. november. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J., et al 1983. Az archaebaktériumok és az eukarióták gyakori típusú DNS-függő RNS polimerázokkal rendelkeznek. EMBO J. 2, 1291-1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., et al 1989. Az archaebaktériumok, eubaktériumok és eukarióták evolúciós kapcsolata a megkettőzött gének filogenetikai fáiból következtetve. Proc. Natl Acad. Sci. USA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Aktin citoszkeleton és komplex sejtarchitektúra egy Asgard archeonban. Megjelenés: 21. december 2022. Természet (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
