Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Новый источник энергии в клетке
Кислородная революция на планете Земля произошла 2.4 миллиарда лет назад. Это событие положило начало развитию эукариотической жизни, случившееся 1-1.9 миллиарда лет назад. Использование кислорода для дыхания привело к огромному разнообразию форм эукариотических организмов, и митохондрии, найденные в их клетках, стали электростанциями для выработки энергии.
Согласно теории симбиогенеза, митохондрии возникли в результате слияния бактерий и образования симбиотической связи, в которой два организма сосуществуют вместе. В научной среде, митохондрии называются органеллами, так как они имеют оформленную мембрану.
Однако, не у всех эукариот есть митохондрии. Некоторые анаэробные эукариоты, организмы, живущие в среде с отсутствием кислорода, вырабатывают энергию посредством процесса ферментации в гидрогеносомах (они представляют собой небольшие водородные “фабрики” для производства энергии). Иные факультативные анаэробы используют водород или нитраты для дыхания, вместо кислорода, в процессе под названием денитрификация.
В своем исследовании, Граф с коллегами провели эксперимент на озере Цуг (Швейцария) на глубине 200 м в среде, где отсутствует кислород. Они обнаружили большое количество подвижных одноклеточных эукариотов, которые являлись облигатными анаэробами из-за естественного дефицита кислорода в их среде обитания. Некоторые из этих организмов являлись организмами-эндосимбионтами, и, к удивлению ученых, они не смогли обнаружить наличие гидрогеносом в их клетках.
После секвенирования генома авторы определили новый тип организма: Candidatus Azoamicus ciliaticola. Организм имел очень маленький геном, но, несмотря на это, он был способен к самовоспроизведению. Большая часть генов работала на производство и преобразование энергии (как и другие органеллы митохондриального типа), но ни у самих бактерий, ни у их симбионтов не было обнаружено генов для аэробного/кислородного дыхания.
У Candidatus Azoamicus ciliaticola было замечено наличие полного набора “респираторных” генов для процесс денитрификации. Оказалось, что нитраты (NO3–) и/или нитриты (NO2–) применялись для дыхания и питания клетки, точно так же, как кислород питает наши клетки в митохондриях. На сегодняшний день, этот организм является единственным известным эндосимбионтом, задействующий только процесс денитрификации для дыхания. При этом, он не имеет возможности использовать кислородное дыхание, как многие факультативные аэробы.
Изучение такого необычного вида партнерства поможет ученым лучше понять историю образования самых первых симбиотических связей, позволившие эукариотам развивать различные биологические механизмы для производства энергии. Возможно, в природе существуют и другие “электростанции”, которые исследователям еще только предстоит обнаружить.
Link to the original post: Graf, J.S., Schorn, S., Kitzinger, K. et al. Anaerobic endosymbiont generates energy for ciliate host by denitrification. Nature 591, 445–450 (2021).
Featured image: https://www.flickr.com/photos/stiefkind/4280496233
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 