Tradiční seskupování forem života do prokaryot a eukaryot bylo revidováno v roce 1977, kdy charakterizace sekvence rRNA odhalila, že archaea (pak nazývaná „archebakterie“) jsou „stejně vzdáleně příbuzné bakteriím jako bakterie eukaryotům.“ To si vyžádalo seskupování živých organismů. na eubakterie (zahrnující všechny typické bakterie), archaea a eukaryota. Zůstala otázka původu eukaryot. V pravý čas se začaly budovat důkazy ve prospěch archaálního původu eukaryot. Zvláště zajímavé bylo zjištění, že Asgard archaea má ve svém genomu několik stovek genů eukaryotických signaturních proteinů (ESP). ESP hrají klíčovou roli ve vývoji charakteristik cytoskeletu a komplexních buněčných struktur eukaryot. V průlomové studii zveřejněné 21. prosince 2022 vědci oznámili úspěšnou kultivaci obohacené kultury nepolapitelného asgardského archaea, kterou zobrazili pomocí kryo-elektronové tomografie. Pozorovali, že Asgardské buňky mají skutečně komplexní cytoskelet na bázi aktinu. Toto byl první přímý vizuální důkaz archaálního původu eukaryot, významný krok v pochopení původu eukaryot.
Až do roku 1977 byly formy života na Zemi seskupeny do eukaryoty (komplexní formy charakterizované inkluzí genetického materiálu buňky do dobře definovaného jádra a přítomností cytoskeletu) a prokaryota (jednodušší formy života s genetickým materiálem v cytoplazmě bez specifikovaného jádra, včetně bakterií a archaebakterií). Myslelo se, že celulární eukaryoty se vyvinul asi před 2 miliardami let, pravděpodobně z prokaryot. Ale jak přesně eukaryota vznikla? Jak jsou složité buněčné formy života propojeny s jednoduššími buněčnými formami života? To byla velká otevřená otázka v biologii.
Technologický pokrok v molekulární biologii genů a proteinů pomohl ponořit se k jádru problému, když v roce 1977 bylo zjištěno, že archaea (tehdy nazývaná „archaebakterie“) je „tak vzdáleně příbuzné bakteriím, jako jsou bakterie eukaryoty. "Dřívější rozlišení forem života na prokaryota a eukaryota bylo založeno na fenotypických rozdílech na úrovni buněčných organel. Fylogenetický vztah by měl být naopak založen na široce distribuované molekule. Ribozomální RNA (rRNA) je jednou z takových biomolekul, která je přítomna ve všech sebereplikujících se systémech a jejíž sekvence se s časem mění jen velmi málo. Analýza založená na charakterizaci sekvence rRNA si vyžádala seskupení živých organismů do eubakterií (zahrnujících všechny typické bakterie), archaeaa eukaryota1.
Následně se začaly objevovat důkazy užšího vztahu mezi archaeami a eukaryoty. V roce 1983 bylo zjištěno, že DNA-dependentní RNA polymerázy archaea a eukaryoty jsou stejného typu; oba vykazují nápadně podobné imunochemické vlastnosti a oba jsou odvozeny ze společné struktury předků2. Na základě odvozeného složeného fylogenetického stromu proteinového páru odhalila další studie publikovaná v roce 1989 bližší vztah archaea k eukaryotům než k eubakteriím.3. Do této doby archaický původ eukaryoty bylo založeno, ale zbývalo identifikovat a studovat přesné archaální druhy.
Růst v genomických studiích po úspěchu v genomový projekt, poskytlo této oblasti tolik potřebné doplnění. V letech 2015-2020 několik studií zjistilo, že Asgard archaea nesou geny specifické pro eukaryoty. Jejich genomy jsou obohaceny o proteiny považované za specifické pro eukaryota. Tyto studie jasně identifikovaly Asgard archaea, že má nejbližší genetickou blízkost k eukaryotům díky přítomnosti stovek genů eukaryotických signaturních proteinů (ESP) v jejich genomu.
Dalším krokem bylo fyzicky vizualizovat vnitřní sklepní strukturu asgardských archaea, aby se potvrdila role ESP, protože se obecně předpokládá, že ESP hrají klíčovou roli při tvorbě komplexních buněčných struktur. K tomu byly zapotřebí vysoce obohacené kultury této archaea, ale je známo, že Asgard je nepolapitelný a tajemný. způsobuje potíže při kultivaci v dostatečně velkém množství, aby je bylo možné studovat v laboratoři. Podle studie zveřejněné nedávno dne 21. prosince 2022 je tento problém nyní překonán.
Výzkumníci po šesti letech tvrdé práce improvizovali techniky a úspěšně kultivovali v laboratoři vysoce obohacenou kulturu 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', člen kmene Asgardů. To byl pozoruhodný úspěch také proto, že to umožnilo výzkumníkům vizualizovat a studovat vnitřní buněčné struktury Asgardu.
K zobrazení obohacené kultury byla použita kryo-elektronová tomografie. Asgardské buňky měly těla kokoidních buněk a síť rozvětvených výběžků. Struktura buněčného povrchu byla složitá. Cytoskelet rozšířený po celém těle buněk. Zkroucená dvouvláknová vlákna obsahují Lokiactin (viz. aktinové homology kódované Lokiarchaeotou). Asgardské buňky tedy měly komplexní cytoskelet na bázi aktinu, který výzkumníci navrhují, předcházel evoluci prvního eukaryoty.
Jako první konkrétní fyzický/vizuální důkaz archaálního původu eukaryot je to pozoruhodný pokrok v biologii.
***
Reference:
- Woese CR a Fox GE, 1977. Fylogenetická struktura prokaryotické domény: Primární říše. Publikováno v listopadu 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J., et al 1983. Archaebakterie a eukaryota mají DNA-dependentní RNA polymerázy běžného typu. EMBO J. 2, 1291-1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., et al 1989. Evoluční vztah archaebakterií, eubakterií a eukaryot odvozený z fylogenetických stromů duplikovaných genů. Proč. Natl Acad. Sci. USA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Aktinový cytoskelet a komplexní buněčná architektura v asgardském archaeonu. Zveřejněno: 21. 2022. 2022. Příroda (XNUMX). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
