Клітинні біологи вперше виявили групу вільноживучих організмів з ядром, у яких мітохондрії — відповідальні за синтез енергії частини клітини — повністю зникли або майже втратили свої функції. Зазвичай такі організми харчуються за рахунок інших, але саме ця група, яку назвали BaSk, навчилася виробляти енергію альтернативним шляхом, можливо, через пристосування до проживання у бідних на кисень середовищах. Таке дослідження опублікували в журналі Nature Communications.
Мітохондрія під електронним мікроскопом. CNRI / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Чому деякі організми можуть обходитися без мітохондрій?
Мітохондрії у всіх евкаріотичних організмів, тобто тих, що мають ядро, відповідальні за розщеплення сполук за участі кисню та подальше утворення енергії — майже 95 відсотків її клітина отримує саме за рахунок процесів за участі кисню. Досі єдиними вільноживучими, тобто здатними самостійно себе прогодувати, організмами, які виробляють енергію без мітохондрій, вважали бактерії та архей. За однією з теорій, саме від них і могли походити самі мітохондрії евкаріотичних організмів.
Деякі евкаріотичні організми внаслідок пристосування до умов існування втратили свої мітохондрії, виживаючи за рахунок паразитизму або мутуалізму — взаємовигідної співпраці, наприклад, із водоростями. Група генетиків та клітинних біологів взялася досліджувати одноклітинні евкаріотичні організми, щоб краще зрозуміти еволюцію мітохондрій та безкисневих способів отримання енергії у цих організмів.
Що вдалося з’ясувати про відкриту групу організмів?
Дослідники проаналізували геном та білковий склад п’яти нових видів метамонад — типу джгутикових одноклітинних евкаріотичних організмів. Ці організми вже відомі тим, що їхні мітохондрії заміняють простіші структури, так звані пов’язані з мітохондріями органели, через пристосування до паразитизму або мутуалізму.
Утім, науковцям вдалося виявити, що у п’ятьох відкритих у солоних озерах та океанах організмів, які віднесли до групи BaSk (скорочено від Barthelonids та Skoliomonads), надзвичайно неактивними є гени, які мали б кодувати хоча б пов’язані з мітохондріями органели. У одного з видів цієї групи, Skoliomonas litria, взагалі не знайшли слідів мітохондрій чи подібних структур.
Представники відкритої групи BaSk під електронним мікроскопом. Williams et al. / Nature Communications
Натомість у цих організмів знайшли групу генів, пов’язаних з синтезом залізо- та сірковмісних білків, які можуть бути залученими до синтезу енергії, але походять не з мітохондрій. Як вважають науковці, колись у спільного предка групи BaSk відбулося перенесення цих генів від іншого організму, внаслідок чого він пристосувався до синтезу енергії саме таким шляхом.
Що мікроскопічні організми можуть дати людям?
Відкриті науковцями організми розповідають більше про те, як організми пристосовуються до різноманітних умов середовища, зокрема до умов з низьким вмістом кисню. Вони також змушують науковців по-новому подивитися на принципи обміну речовин та енергії у живих організмів, адже не всі з них, як виявилося, потребують для виживання мітохондрій, як потребують люди, рослини чи тварини.
- Горизонтальне перенесення генів, тобто передавання генів не від батьків до дітей, а безпосередньо між організмами, успішно використовують науковці. Відтак, гени від тихоходів зробили клітини людини стійкішими до висихання.
- Такий тип перенесення генів найчастіше зустрічається в бактерій, адже в них є для цього відповідні пристосування. Утім, як виявилося, через посередництво паразитів за останні 85 мільйонів років принаймні 54 рази гени переміщувалися від рептилій до земноводних.