Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Lokiarchaeota
Научная классификация
Домен:
Археи
Королевство:
« Протеоархея »
Суперфилум:
Асгард
Тип:
« Локиархеота »

Spang et al. 2015 г.
Типовой вид
Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum
Род
  • «Candidatus Lokiarchaeum » Спанг и др. 2015 г.
  • "Candidatus Prometheoarchaeum " Imachi et al. 2020 г.

Lokiarchaeota является планируемой филой из археи . [1] Этот тип включает всех членов группы, ранее называемой Deep Sea Archaeal Group (DSAG), также известной как Marine Benthic Group B (MBG-B). Филогенетический анализ раскрыт монофилетическая группировка Lokiarchaeota с эукариотом . Анализ выявил несколько генов с функциями, связанными с клеточными мембранами . Присутствие таких генов подтверждает гипотезу архейного хозяина для появления эукариот; eocyte подобных сценариев .

Lokiarchaeota была представлена ​​в 2015 году после идентификации генома- кандидата в метагеномном анализе образца срединно-океанических отложений. Этот анализ предполагает существование рода одноклеточных организмов, получившего название Lokiarchaeum . Образец был взят возле гидротермального источника на жерловом поле, известном как Замок Локи, расположенном на излучине между хребтом Монс / Книпович в Северном Ледовитом океане . [2]

Открытие [ править ]

Были проанализированы отложения из гравитационного керна, отобранного в 2010 г. в рифтовой долине на хребте Книповича в Северном Ледовитом океане, недалеко от так называемого гидротермального жерла замка Локи . Конкретные горизонты отложений, которые, как ранее было показано, содержат большое количество новых линий архей [3] [4], были подвергнуты метагеномному анализу. Из-за низкой плотности клеток в осадке результирующая генетическая последовательность не происходит из изолированной клетки, как было бы в случае обычного анализа, а скорее представляет собой комбинацию генетических фрагментов. [5] В результате получился 92% полный, 1,4-кратно повторяющийся композитный геном под названием Lokiarchaeum . [2]

Метагеномный анализ определил наличие генома организма в образце. [2] Однако сам организм культивировали только годы спустя, когда японская группа впервые сообщила о выделении и культивировании штамма Lokiarcheota в 2019 г. [6]

Тип Lokiarchaeota был предложен на основе филогенетического анализа с использованием набора высококонсервативных генов, кодирующих белок. [2] Благодаря ссылке на комплекс гидротермальных источников, из которого произошел первый образец генома, название относится к Локи , норвежскому богу, изменяющему форму. [5] Локи в литературе был описан как «ошеломляюще сложная, сбивающая с толку и неоднозначная фигура, которая стала катализатором бесчисленных неразрешенных научных споров», [7] аналогия с ролью Lokiarchaeota в дебатах о происхождении эукариот. . [2]

Описание [ править ]

Lokiarchaeum композит геном состоит из 5,381 белковых кодирующих генов . Из них примерно 32% не соответствуют какому-либо известному белку, 26% очень напоминают белки архей и 29% соответствуют бактериальным белкам. Эта ситуация согласуется с: (i) белками из нового типа (с несколькими близкими родственниками или без них) трудно отнести к их правильному домену ; и (ii) существующие исследования, которые предполагают значительный междоменный перенос генов между бактериями и археями.

Небольшая, но значительная часть белков (175, 3,3%), которые кодируют восстановленные гены, очень похожи на эукариотические белки. Загрязнение образцов является маловероятным объяснением необычных белков, потому что выделенные гены всегда фланкировались прокариотическими генами, а гены известного эукариотического происхождения не были обнаружены в метагеноме, из которого был извлечен составной геном. Кроме того, предыдущий филогенетический анализ показал, что гены, о которых идет речь, имеют свое происхождение в основе клад эукариот . [2]

У эукариот функция этих общих белков включает деформацию клеточной мембраны , формирование формы клетки и динамический белковый цитоскелет . [2] [8] [9] Таким образом, предполагается, что Локиархей может обладать некоторыми из этих способностей. [2] Другой общий белок, актин , необходим для фагоцитоза у эукариот. [5] [8] Фагоцитоз - это способность поглощать и поглощать другую частицу; такая возможность будет способствовать эндосимбиотическое происхождению из митохондрий и хлоропластов, что является ключевым различием между прокариотами и эукариотами. [2]

Эволюционное значение [ править ]

Схематическое древо эволюции архей, включая Lokiarchaeota и корень эукариот [2]

Сравнительный анализ генома Lokiarchaeum с известными геномами привел к филогенетическому древу, которое показало монофилетическую группу, состоящую из Lokiarchaeota и эукариот, [10], поддерживая архейный хозяин или эоцитоподобные сценарии появления эукариот. [11] [12] [13] Репертуар мембранных функций Lokiarchaeum предполагает, что общий предок эукариот мог быть промежуточным звеном между прокариотическими клетками, лишенными субклеточных структур, и эукариотическими клетками, которые содержат множество органелл. . [2]

Карл Вёзе «S системы трех доменов классифицирует клеточная жизнь на три домена: археи, бактерии и эукариот; последний из них характеризуется наличием крупных, высокоразвитых клеток, содержащих митохондрии , которые помогают клеткам производить АТФ (аденозинтрифосфат, энергетический валюта клетки), и связанное с мембраной ядро, содержащее нуклеиновые кислоты . Простейшие и все многоклеточные организмы, такие как животные, грибы и растения, являются эукариотами.

Считается, что бактерии и археи являются самыми древними из родословных [14], поскольку пласты окаменелостей, несущие химические признаки липидов архей, датируются 3,8 миллиардами лет назад. [15] Эукариоты включают все сложные клетки и почти все многоклеточные организмы. Считается, что они возникли от 1,6 до 2,1 миллиарда лет назад. [16] Хотя эволюция эукариот считается событием большого эволюционного значения, ранее не было обнаружено никаких промежуточных форм или «недостающих звеньев». В этом контексте открытие локиархея , обладающего некоторыми, но не всеми характеристиками эукариот, является свидетельством перехода от архей к эукариотам. [17]Lokiarchaeota и эукариоты, вероятно, имеют общего предка, и если это так, то примерно два миллиарда лет назад они разошлись. Этот предполагаемый предок обладал ключевыми «стартовыми» генами, которые способствовали увеличению сложности клеток. Этот общий предок или родственник в конечном итоге привел к эволюции эукариот. [5]

В 2019 году японская исследовательская группа сообщила о культивировании штамма Lokiarcheota в лаборатории. Этот штамм, в настоящее время называемый штаммом Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum MK-D1, обнаружен в синтрофической ассоциации с двумя потребляющими водород микробами: сульфатредуцирующими бактериями рода Halodesulfovibrio и метаногеном рода Methanogenium . Организм MK-D1 производит водород в качестве побочного продукта метаболизма, который затем потребляется симбиотическими синтрофами. MK-D1 также, по-видимому, организует свою внешнюю мембрану в сложные структуры с использованием генов, общих с эукариотами. При ассоциации с альфа-протеобактериями(от которых, как считается, происходят митохондрии) не наблюдалось, эти особенности предполагают, что MK-D1 и его синтрофы могут представлять собой сохранившийся пример симбиоза архей и бактерий, подобного тому, который дал начало эукариотам. Исследование, лежащее в основе этого отчета, после рецензирования опубликовано. [18] [19] [6]

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Ламберт, Джонатан (9 августа 2019 г.). «Ученые видят необычный микроб, который может помочь объяснить возникновение сложной жизни - локиархея, ранее известная только по ДНК, изолирована и выращена в культуре» . Природа . 572 (7769): 294. Bibcode : 2019Natur.572..294L . DOI : 10.1038 / d41586-019-02430-ш . PMID  31409927 . Проверено 10 августа 2019 .
  2. ^ Б с д е е г ч я J K Spang, Anja; Пила, Джимми Х .; Jørgensen, Steffen L .; Заремба-Недзведска, Катаржина; Мартейн, Джоран; Линд, Андерс Э .; ван Эйк, Роэль; Шлепер, Криста; Гай, Лайонел; Ettema, Thijs JG (2015). «Сложные археи, которые преодолевают разрыв между прокариотами и эукариотами» . Природа . 521 (7551): 173–179. Bibcode : 2015Natur.521..173S . DOI : 10,1038 / природа14447 . ISSN 0028-0836 . PMC 4444528 . PMID 25945739   .
  3. ↑ Йоргенсен, Штеффен Лет; Ханнисдал, Бьярте; Ланзен, Андерс; Баумбергер, Тамара; Флесланд, Кристин; Фонсека, Рита; Øvreås, Lise; Стин, Ида Х; Thorseth, Ingunn H; Педерсен, Рольф Б; Шлепер, Криста (5 сентября 2012 г.). «Сопоставление профилей микробных сообществ с геохимическими данными в сильно стратифицированных отложениях Арктического Срединно-океанического хребта» . PNAS . 109 (42): E2846–55. DOI : 10.1073 / pnas.1207574109 . PMC 3479504 . PMID 23027979 .  
  4. ↑ Йоргенсен, Штеффен Лет; Thorseth, Ingunn H; Педерсен, Рольф Б; Баумбергер, Тамара; Шлепер, Криста (4 октября 2013 г.). «Количественное и филогенетическое изучение группы глубоководных архей в отложениях арктического срединно-океанического хребта» . Границы микробиологии . 4 : 299. DOI : 10,3389 / fmicb.2013.00299 . PMC 3790079 . PMID 24109477 .  
  5. ^ a b c d Пол Ринкон (6 мая 2015 г.). «Недавно обнаруженный микроб - близкий родственник сложной жизни» . BBC . Проверено 9 мая 2015 года .
  6. ^ a b Имачи, Хироюки; и другие. (15 января 2020 г.). «Изоляция архея на границе прокариот – эукариот» . Природа . 577 (7791): 519–525. Bibcode : 2020Natur.577..519I . bioRxiv 10.1101 / 726976 . DOI : 10.1038 / s41586-019-1916-6 . PMC 7015854 . PMID 31942073 .   
  7. ^ Фон Schnurbein, Stefanie (ноябрь 2000). «Функция Локи в« Эдде » Снорри Стурлусона ». История религий . 40 (2): 109–124. DOI : 10.1086 / 463618 .
  8. ^ a b Ghoshdastider U, Jiang S, Popp D, Robinson RC (2015). «В поисках первозданной актиновой нити» . Proc Natl Acad Sci USA . 112 (30): 9150–1. DOI : 10.1073 / pnas.1511568112 . PMC 4522752 . PMID 26178194 .  CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  9. ↑ Хан, Амина (6 мая 2015 г.). «Познакомьтесь с Локи, вашим самым близким родственником-прокариотом» . LA Times . Проверено 9 мая 2015 года .
  10. ↑ Максимиллан, Людвиг (27 декабря 2019 г.). «Эволюция: откровенные отношения» . Phys.org . Проверено 28 декабря 2019 .
  11. ^ Эмбли, Т. Мартин ; Мартин, Уильям (2006). «Эукариотическая эволюция, изменения и проблемы» . Природа . 440 (7084): 623–630. Bibcode : 2006Natur.440..623E . DOI : 10,1038 / природа04546 . ISSN 0028-0836 . PMID 16572163 . S2CID 4396543 .   
  12. ^ Лейк, Джеймс А. (1988). «Происхождение эукариотического ядра определено скоростным анализом последовательностей рРНК». Природа . 331 (6152): 184–186. Bibcode : 1988Natur.331..184L . DOI : 10.1038 / 331184a0 . ISSN 0028-0836 . PMID 3340165 . S2CID 4368082 .   
  13. ↑ Гай, Лайонел; Ettema, Thijs JG (2011). «Суперфилум архей TACK и происхождение эукариот». Тенденции в микробиологии . 19 (12): 580–587. DOI : 10.1016 / j.tim.2011.09.002 . ISSN 0966-842X . PMID 22018741 .  
  14. ^ Ван, Минглей; Яфремава Людмила С .; Каэтано-Аноллес, Дерек; Mittenthal, Jay E .; Каэтано-Аноллес, Густаво (2007). «Редуктивная эволюция архитектурных репертуаров в протеомах и рождение трехчастного мира» . Геномные исследования . 17 (11): 1572–1585. DOI : 10.1101 / gr.6454307 . PMC 2045140 . PMID 17908824 .  
  15. ^ Хан, Юрген; Хауг, Пэт (1986). «Следы архебактерий в древних отложениях». Систематическая и прикладная микробиология . 7 (Труды Archaebacteria '85): 178–83. DOI : 10.1016 / S0723-2020 (86) 80002-9 .
  16. ^ Knoll, Эндрю H .; Javaux, EJ; Hewitt, D .; Коэн, П. (29 июня 2006 г.). «Эукариотические организмы в протерозойских океанах» . Философские труды Королевского общества B . 361 (1470): 1023–38. DOI : 10.1098 / rstb.2006.1843 . PMC 1578724 . PMID 16754612 .  
  17. ↑ Циммер, Карл (6 мая 2015 г.). «Под морем - недостающее звено в эволюции сложных клеток» . Нью-Йорк Таймс . Дата обращения 8 мая 2015 .
  18. ^ Тиммер, Джон (2019-08-07). «Мы наконец-то узнали о микробе, который, возможно, был нашим предком» . Ars Technica . Проверено 8 августа 2019 .
  19. ^ Циммер, Карл (2020-01-15). «Этот странный микроб может означать один из больших скачков жизни» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 15 января 2020 .