Tradicionālā dzīvības formu grupēšana prokariotos un eikariotos tika pārskatīta 1977. gadā, kad rRNS sekvences raksturojums atklāja, ka arhejas (tolaik sauktas par "arhebaktērijām") ir "tikpat tālu radniecīgas baktērijām kā baktērijas eikariotiem". eubaktērijās (kas ietver visas tipiskās baktērijas), arhejās un eikariotos. Palika jautājums par eikariotu izcelsmi. Laika gaitā sāka veidoties pierādījumi par labu eikariotu arheālajiem senčiem. Īpaši interesants bija atklājums, ka Asgard arhejas genomā ir vairāki simti eikariotu paraksta proteīnu (ESP) gēnu. ESP ir izšķiroša loma eikariotu citoskeleta un sarežģītu šūnu struktūru īpašību attīstībā. Revolucionārā pētījumā, kas publicēts 21. gada 2022. decembrī, pētnieki ir ziņojuši par veiksmīgu nenotveramu Asgardas arheju bagātinātas kultūras kultivēšanu, ko viņi attēloja, izmantojot krioelektronu tomogrāfiju. Viņi novēroja, ka Asgard šūnām patiešām bija sarežģīts citoskelets, kura pamatā ir aktīns. Šī bija pirmā tiešā vizuālā liecība par eikariotu arheālo izcelsmi, kas ir nozīmīgs solis eikariotu izcelsmes izpratnē.
Līdz 1977. gadam dzīvības formas uz Zemes tika grupētas eukarioti (complex forms characterised by inclusion of genetic materials of the cell into in a well-defined nucleus and the presence of cytoskeleton) and prokaryotes (simpler life forms with genetic material in cytoplasm without a specified nucleaus, including bacteria and archaebacteria). It was thought that cellular eukarioti evolved about 2 billion years ago, probably from the prokaryotes. But, how exactly did the eukaryotes originate? How are the complex cellular life forms, connected to the simpler cellular life forms? This was a big open question in biology.
Tehnoloģiskie sasniegumi gēnu un proteīnu molekulārajā bioloģijā palīdzēja iedziļināties problēmas būtībā, kad 1977. gadā tika atklāts, ka arhejas (toreiz sauktas par arhebaktērijām) ir ''as distantly related to bacteria as bacteria are to eukarioti. "Agrākā dzīvības formu iedalīšana prokariotos un eikariotos balstījās uz fenotipiskām atšķirībām šūnu organellu līmenī. Tā vietā filoģenētiskajām attiecībām jābalstās uz plaši izplatītu molekulu. Ribosomālā RNS (rRNS) ir viena no šādām biomolekulām, kas atrodas visās pašreplicējošās sistēmās un kuras sekvences laika gaitā mainās ļoti maz. Analīze, kas balstīta uz rRNS sekvences raksturojumu, radīja nepieciešamību grupēt dzīvos organismus eubaktērijās (ietver visas tipiskās baktērijas), Archaea, un eikarioti1.
Subsequently, evidences of closer relationship between archaea and eukaryotes starting emerging. In 1983, it was found that DNA-dependent RNA polymerases of archaea and eukarioti are of same type; both show strikingly similar immunochemical properties and both are derived from a common ancestral structure2. Pamatojoties uz izsecinātu olbaltumvielu pāra salikto filoģenētisko koku, cits pētījums, kas publicēts 1989. gadā, atklāja arheju ciešāku saistību ar eikariotiem nekā ar eubaktērijām.3. By this time, the archaeal origin of eukarioti was established but exact archaeal species remained to be identified and studied.
Izaugsme genoma pētījumos pēc panākumiem genoma projekts, nodrošināja šai zonai tik nepieciešamo papildinājumu. Laikā no 2015. līdz 2020. gadam vairākos pētījumos konstatēts, ka Asgard Archaea pārnēsā eikariotiem specifiskus gēnus. Viņu genomi ir bagātināti ar olbaltumvielām, kas tiek uzskatītas par specifiskām eikariotiem. Šie pētījumi skaidri noteica, ka Asgard arhejai ir vistuvākais ģenētiskais tuvums eikariotiem, jo to genomā ir simtiem eikariotu paraksta proteīnu (ESP) gēnu.
Nākamais solis bija fiziski vizualizēt Asgard arhejas iekšējo pagraba struktūru, lai apstiprinātu ESP lomu, kā tiek plaši uzskatīts, ka ESP ir galvenā loma sarežģītu šūnu struktūru veidošanā. Šim nolūkam bija vajadzīgas ļoti bagātinātas šīs arhejas kultūras, taču ir zināms, ka Asgarda ir nenotverama un noslēpumaina. radot grūtības kultivēt pietiekami lielos daudzumos, lai tos pētītu laboratorijā. Saskaņā ar pētījumu, par kuru nesen ziņots 21. gada 2022. decembrī, šīs grūtības tagad ir pārvarētas.
Pēc sešu gadu smaga darba pētnieki ir improvizējuši paņēmienus un veiksmīgi audzējuši laboratorijā ļoti bagātinātu kultūru.Candidatus Lokiarchaeum ossiferum”, Asgard patvēruma loceklis. Tas bija ievērojams sasniegums arī tāpēc, ka tas ļāva pētniekiem vizualizēt un pētīt Asgarda iekšējās šūnu struktūras.
Cryo-electron tomography was employed to image the enrichment culture. The Asgard cells had coccoid cell bodies and a network of branched protrusions. Cell surface structure was complex. Cytoskeleton extended throughout the cell bodies. The twisted double-stranded filaments comprise Lokiactin (viz. actin homologues encoded by Lokiarchaeota). Thus, Asgard cells had complex actin-based cytoskeleton, which the researchers propose, predated evolution of the first eukarioti.
Kā pirmais konkrētais fiziskais/vizuālais pierādījums par eikariotu arheālo izcelsmi, tas ir ievērojams progress bioloģijā.
***
Norādes:
- Woese CR un Fox GE, 1977. Prokariotu domēna filoģenētiskā struktūra: primārās karaļvalstis. Publicēts 1977. gada novembrī. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huets, Dž. un citi 1983. Arhebaktērijām un eikariotiem piemīt izplatīta tipa DNS atkarīgas RNS polimerāzes. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Ivabe, N., un citi 1989. Arhebaktēriju, eibaktēriju un eikariotu evolūcijas attiecības, kas izriet no dublēto gēnu filogenētiskajiem kokiem. Proc. Natl Acad. Sci. USA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigess-Oliveira, T., un citi. 2022. Aktīna citoskelets un sarežģīta šūnu arhitektūra Asgardas arheonā. Publicēts: 21. gada 2022. decembrī. Daba (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
