В новом исследовании, опубликованном журналом Nature, международная группа исследователей во главе с Университетом Упсалы в Швеции предлагает новое эволюционное происхождение митохондрий, также известных как «электростанции клетки». Митохондрии - это органеллы, преобразующие энергию, которые сыграли ключевую роль в появлении сложной клеточной жизни на Земле.
Митохондрии являются важными органеллами, наиболее известными благодаря реакциям преобразования энергии, питающим наши клетки. Митохондрии представляют собой важные отличительные черты эукариотических клеток - всех сложных типов клеток, включая человека, животных, растения, грибы и т. д. - практически всех живых существ, видимых невооруженным глазом. Тот факт, что все эукариотические клетки имеют (или когда-то имели) митохондрии, указывает на то, что происхождение этих органелл, вероятно, сыграло важную роль в эволюционном появлении сложных эукариотических клеток. Данные последних нескольких десятилетий убедительно подтверждают, что митохондрии эволюционировали посредством эндосимбиоза, процесса, при котором свободноживущая бактерия поглощается клеткой-хозяином. Тем не менее, как личность митохондриального предка, так и природа эндосимбиоза являются предметом ожесточенных споров.
«Предыдущая работа предоставила убедительные доказательства того, что митохондрии связаны с бактериальной группой, известной как Alphaproteobacteria», - говорит Джоран Мартейн, научный сотрудник Университета Упсалы и первый автор исследования. «От какой линии альфапротеобактерий произошли митохондрии, до сих пор неясно - различные исследования указывают на радикально разные группы альфапротеобактерий. Для понимания происхождения митохондрий, а также эукариот, знание личности митохондриального предка имеет решающее значение."
Некоторые ученые предположили, что митохондрии произошли от Rickettsiales, паразитической группы бактерий, которые, как и митохондрии, живут внутри эукариотических клеток и выживание которых, как правило, полностью зависит от их клетки-хозяина. Его самый известный член, Rickettsia prowazekii, является печально известным патогеном человека, вызывающим сыпной тиф.
«Мы считаем, что существуют две основные причины отсутствия консенсуса в отношении личности митохондриального предка», - говорит Тийс Эттема, исследователь кафедры клеточной и молекулярной биологии Университета Упсалы, возглавлявший группу, проводившую исследование. исследование. «Во-первых, возможно, что нынешние родственники просто еще не найдены - если они вообще еще существуют. Во-вторых, реконструкция эволюционной истории митохондрий чрезвычайно сложна и может легко привести к очень разным и, следовательно, противоречивым результатам.."
Команда из Уппсалы попыталась найти выход из этого тупика, применив смелый подход. Анализируя большое количество данных секвенирования окружающей среды Тихого и Атлантического океанов, им удалось идентифицировать несколько ранее не идентифицированных групп альфа-протеобактерий. Используя недавно разработанные методы, команде удалось реконструировать геномы более 40 альфапротеобактерий, принадлежащих к 12 различным группам.
«Расширенный набор геномов этих недавно идентифицированных альфа-протеобактерий существенно помог нашим усилиям точно определить положение митохондрий», - говорит Мартин. «Мы надеялись, что, используя в наших анализах более сбалансированный набор альфапротеобактерий, мы сможем преодолеть некоторые проблемы, с которыми боролись предыдущие исследования».
Неожиданно их анализ подтвердил новое положение митохондрий, которые теперь были помещены вне Alphaproteobacteria.
Эти результаты показывают, что митохондрии не являются ближайшими родственниками какой-либо из признанных в настоящее время групп альфа-протеобактерий, включая Rickettsiales. Скорее, митохондрии произошли от предка, который позже дал начало всем признанным в настоящее время альфапротеобактериям.
"Мы подозреваем, что популярное происхождение митохондрий от Rickettsiales является результатом методологического артефакта." объясняет Мартин. «Митохондрии и Rickettsiales развивались в очень похожих условиях, что могло привести к очень похожим, но независимым способам эволюции и образцам последовательности. Это, в свою очередь, могло осложнить предыдущие попытки определить эволюционное происхождение митохондрий».
Исследованию не удалось идентифицировать современных родственников митохондриального предка.
"Конечно, это несколько разочаровало", - говорит Эттема. «Но, возможно, мы искали не в том месте. В этом исследовании мы сосредоточились на океанических водах, поскольку известно, что они содержат множество неохарактеризованных альфа-протеобактерий».
Эттема и его команда продолжат поиск митохондриальных родственников. «Раскрытие происхождения митохондрий является ключом к пониманию происхождения сложной жизни. Если современные митохондриальные родственники все еще существуют, я убежден, что в какой-то момент мы их найдем».