Lokiarchaeota - Википедия - Lokiarchaeota

Lokiarchaeota
Научная классификация
Домен:
Археи
Королевство:
"Протеоархеи "
Суперфилум:
Асгард
Тип:
"Lokiarchaeota"

Spang et al. 2015 г.
Типовой вид
Candidatus Prometheoarchaeum синтрофический
Род
  • "Candidatus" Локиархей" Spang et al. 2015 г.
  • "Candidatus" Прометеоархей" Imachi et al. 2020 г.

Lokiarchaeota предлагается филюм из Археи.[1] Тип включает всех членов группы, ранее называвшейся Deep Sea Archaeal Group (DSAG), также известной как Marine Benthic Group B (MBG-B). А филогенетический анализ показал монофилетический группировка локиархей с эукариоты. Анализ выявил несколько гены с клеточная мембрана -связанные функции. Наличие таких генов подтверждает гипотезу о существовании архей хозяин появления эукариот; то эоцитоподобные сценарии.

Lokiarchaeota была введена в 2015 году после идентификации кандидата. геном в метагеномный анализ пробы срединно-океанических отложений. Этот анализ предполагает существование род одноклеточной жизни окрестили Локиархей. Образец был взят возле гидротермальный источник на вентиляционном поле, известном как Замок Локи расположен на изгибе между Mohns / Хребет Книповича в Арктический океан.[2]

Открытие

Осадки от силы тяжести основной сделана в 2010 г. в рифтовой долине на хребте Книповича в Северном Ледовитом океане, недалеко от т.н. Замок Локи гидротермальный источник сайт, были проанализированы. Конкретные горизонты отложений, которые, как ранее было показано, содержат большое количество новых архейных линий.[3][4] подвергали метагеномному анализу. Из-за низкой плотности клеток в осадке результирующая генетическая последовательность не происходит из изолированной клетки, как было бы в случае обычного анализа, а скорее представляет собой комбинацию генетических фрагментов.[5] В результате был получен 92% -ный композитный геном с 1,4-кратной избыточностью, названный Локиархей.[2]

Метагеномный анализ определил наличие генома организма в образце.[2] Тем не менее, сам организм не был культивирован до тех пор, пока несколько лет спустя японская группа впервые сообщила о выделении и культивировании штамма Lokiarcheota в 2019 году.[6]

Тип Lokiarchaeota был предложен на основе филогенетический анализы с использованием набора высококонсервативных генов, кодирующих белок.[2] За счет ссылки на комплекс гидротермальных источников, из которого произошел первый образец генома, название относится к Локи, скандинавский бог-оборотень.[5] Локи в литературе был описан как «поразительно сложная, сбивающая с толку и неоднозначная фигура, которая стала катализатором бесчисленных неразрешенных научных споров»,[7] аналогия с ролью Lokiarchaeota в дебатах о происхождении эукариот.[2]

Описание

В Локиархей составной геном состоит из 5,381 белка, кодирующего гены. Из них примерно 32% не соответствуют какому-либо известному белку, 26% очень напоминают белки архей и 29% соответствуют бактериальным белкам. Эта ситуация согласуется с: (i) белками нового типа (с несколькими близкими родственниками или без них) трудно отнести их к правильным домен; и (ii) существующие исследования, которые предполагают наличие значительных междоменных передача гена между бактерии и археи.

Небольшая, но значительная часть белков (175, 3,3%), которые кодируют восстановленные гены, очень похожи на эукариотический белки. Загрязнение образцов - маловероятное объяснение необычных белков, потому что извлеченные гены всегда были фланкированы прокариотический гены и гены известного эукариотического происхождения не были обнаружены в метагеноме, из которого был извлечен составной геном. Далее предыдущий филогенетический анализ показал, что гены, о которых идет речь, имеют свое происхождение в основе эукариотической клады.[2]

У эукариот функции этих общих белков включают: клеточная мембрана деформация, формирование формы клетки и динамический белок цитоскелет.[2][8][9] Из этого следует, что Локиархей могут обладать некоторыми из этих способностей.[2] Другой общий белок, актин, необходим для фагоцитоз у эукариот.[5][8] Фагоцитоз - это способность поглощать и поглощать другую частицу; такая способность облегчила бы эндосимбиотическое происхождение из митохондрии и хлоропласты, что является ключевым различием между прокариотами и эукариотами.[2]

Эволюционное значение

Схематическое изображение эволюционного дерева архей, включая локиархей и корень эукариот.[2]

Сравнительный анализ Локиархей геном против известных геномов привел к филогенетическое дерево это показало монофилетический группа, состоящая из локиархей и эукариот,[10] поддержка хозяина архей или эоцитоподобные сценарии для появления эукариот.[11][12][13] Репертуар мембранных функций Локиархей предполагает, что общий предок для эукариот может быть промежуточным звеном между прокариотическими клетками, лишенными субклеточных структур, и эукариотическими клетками, которые содержат множество органеллы.[2]

Карл Вёзе с трехдоменная система классифицирует клеточную жизнь на три области: археи, бактерии и эукариоты; последние характеризуются крупными высокоразвитыми клетками, содержащими митохондрии, которые помогают клеткам производить АТФ (аденозинтрифосфат, энергетическая валюта клетки) и мембраносвязанный ядро содержащий нуклеиновые кислоты. Простейшие и все многоклеточные организмы, такие как животные, грибы и растения, являются эукариотами.

Бактерии и археи считаются самыми древними из родословных,[14] как окаменелые пласты, несущие химическую подпись архей липиды были датированы 3,8 миллиардами лет назад.[15] Эукариоты включают все сложные клетки и почти все многоклеточные организмы. Считается, что они возникли от 1,6 до 2,1 миллиарда лет назад.[16] Хотя эволюция эукариот считается событием огромного эволюционного значения, ранее не было обнаружено никаких промежуточных форм или «недостающих звеньев». В этом контексте открытие Локиархей, с некоторыми, но не всеми характеристиками эукариот, свидетельствует о переходе от архей к эукариотам.[17] Lokiarchaeota и эукариоты, вероятно, имеют общего предка, и если это так, то примерно два миллиарда лет назад они разошлись. Этот предполагаемый предок обладал ключевыми «стартовыми» генами, которые способствовали увеличению сложности клеток. Этот общий предок или родственник в конечном итоге привел к эволюции эукариот.[5]

В 2019 году японская исследовательская группа сообщила о культивировании штамма Lokiarcheota в лаборатории. Этот штамм, в настоящее время называемый Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum штамм MK-D1, наблюдался в синтрофический связь с двумя потребляющими водород микробами: сульфатредуцирующие бактерии рода Галодесульфовибрион и метаноген рода Метаноген. Организм MK-D1 производит водород в качестве побочного продукта метаболизма, который затем потребляется симбиотический синтрофы. MK-D1 также, по-видимому, организует свою внешнюю мембрану в сложные структуры с использованием генов, общих с эукариотами. В то время как ассоциация с альфапротеобактерии (от которого, как полагают, происходят митохондрии) не наблюдалось, эти особенности предполагают, что MK-D1 и его синтрофы могут представлять собой сохранившийся пример симбиоза архей и бактерий, подобного тому, который дал начало эукариотам. Исследование, лежащее в основе этого отчета, после рецензирования опубликовано.[18][19][6]

Рекомендации

  1. ^ Ламберт, Джонатан (9 августа 2019 г.). «Ученые обнаруживают необычный микроб, который может помочь объяснить возникновение сложной жизни - локиархея, ранее известная только по ДНК, выделена и выращена в культуре». Природа. 572: 294. Bibcode:2019Натура 572..294L. Дои:10.1038 / d41586-019-02430-w. PMID  31409927. Получено 10 августа 2019.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k Спанг, Аня; Пила, Джимми Х .; Jørgensen, Steffen L .; Заремба-Недзведска, Катаржина; Мартейн, Джоран; Линд, Андерс Э .; ван Эйк, Роэль; Шлепер, Криста; Гай, Лайонел; Эттема, Тиджс Дж. Г. (2015). «Сложные археи, которые преодолевают разрыв между прокариотами и эукариотами». Природа. 521 (7551): 173–179. Bibcode:2015Натура.521..173S. Дои:10.1038 / природа14447. ISSN  0028-0836. ЧВК  4444528. PMID  25945739.
  3. ^ Йоргенсен, Штеффен Лет; Ханнисдал, Бьярте; Ланзен, Андерс; Баумбергер, Тамара; Флесланд, Кристин; Фонсека, Рита; Øvreås, Lise; Стин, Ида Х; Thorseth, Ingunn H; Педерсен, Рольф Б; Шлепер, Криста (5 сентября 2012 г.). «Корреляция профилей микробных сообществ с геохимическими данными в сильно стратифицированных отложениях Северного Ледовитого океана». PNAS. 109 (42): E2846–55. Дои:10.1073 / pnas.1207574109. ЧВК  3479504. PMID  23027979.
  4. ^ Йоргенсен, Штеффен Лет; Thorseth, Ingunn H; Педерсен, Рольф Б; Баумбергер, Тамара; Шлепер, Криста (4 октября 2013 г.). «Количественное и филогенетическое изучение группы глубоководных архей в отложениях арктического срединно-океанического хребта». Границы микробиологии. 4: 299. Дои:10.3389 / fmicb.2013.00299. ЧВК  3790079. PMID  24109477.
  5. ^ а б c d Ринкон, Пол (6 мая 2015 г.). «Недавно обнаруженный микроб - близкий родственник сложной жизни». BBC. Получено 9 мая, 2015.
  6. ^ а б Имачи, Хироюки; и другие. (15 января 2020 г.). «Изоляция архея на границе прокариот – эукариот». Природа. 577: 519–525. bioRxiv  10.1101/726976. Дои:10.1038 / s41586-019-1916-6. ЧВК  7015854. PMID  31942073. Получено 15 января 2020.
  7. ^ фон Шнурбейн, Стефани (ноябрь 2000 г.). "Функция Локи в Эдде Снорри Стурлусона""". История религий. 40 (2): 109–124. Дои:10.1086/463618.
  8. ^ а б Ghoshdastider U, Jiang S, Popp D, Robinson RC (2015). «В поисках первозданной актиновой нити». Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (30): 9150–1. Дои:10.1073 / pnas.1511568112. ЧВК  4522752. PMID  26178194.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  9. ^ Хан, Амина (6 мая 2015 г.). «Познакомьтесь с Локи, вашим самым близким родственником-прокариотом». LA Times. Получено 9 мая, 2015.
  10. ^ Максимиллан, Людвиг (27 декабря 2019 г.). «Эволюция: откровенные отношения». Phys.org. Получено 28 декабря 2019.
  11. ^ Эмбли, Т. Мартин; Мартин, Уильям (2006). «Эукариотическая эволюция, изменения и проблемы». Природа. 440 (7084): 623–630. Bibcode:2006Натура.440..623E. Дои:10.1038 / природа04546. ISSN  0028-0836. PMID  16572163.
  12. ^ Лейк, Джеймс А. (1988). «Происхождение эукариотического ядра определено скоростным анализом последовательностей рРНК». Природа. 331 (6152): 184–186. Bibcode:1988Натура.331..184л. Дои:10.1038 / 331184a0. ISSN  0028-0836. PMID  3340165.
  13. ^ Гай, Лайонел; Ettema, Thijs J.G. (2011). «Суперфилум архей TACK и происхождение эукариот». Тенденции в микробиологии. 19 (12): 580–587. Дои:10.1016 / j.tim.2011.09.002. ISSN  0966-842X. PMID  22018741.
  14. ^ Ван, Минглей; Яфремава Людмила С .; Каэтано-Аноллес, Дерек; Mittenthal, Jay E .; Каэтано-Аноллес, Густаво (2007). «Редуктивная эволюция архитектурных репертуаров в протеомах и рождение трехчастного мира». Геномные исследования. 17 (11): 1572–1585. Дои:10.1101 / гр.6454307. ЧВК  2045140. PMID  17908824.
  15. ^ Хан, Юрген; Хауг, Пэт (1986). «Следы архебактерий в древних отложениях». Систематическая и прикладная микробиология. 7 (Труды Archaebacteria '85): 178–83. Дои:10.1016 / S0723-2020 (86) 80002-9.
  16. ^ Knoll, Andrew H .; Javaux, E. J .; Hewitt, D .; Коэн, П. (29 июня 2006 г.). «Эукариотические организмы в протерозойских океанах». Философские труды Королевского общества B. 361 (1470): 1023–38. Дои:10.1098 / rstb.2006.1843. ЧВК  1578724. PMID  16754612.
  17. ^ Циммер, Карл (6 мая 2015 г.). «Под водой - недостающее звено в эволюции сложных клеток». Нью-Йорк Таймс. Получено 8 мая 2015.
  18. ^ Тиммер, Джон (2019-08-07). «Мы наконец-то узнали о микробе, который, возможно, был нашим предком». Ars Technica. Получено 2019-08-08.
  19. ^ Циммер, Карл (15 января 2020 г.). «Этот странный микроб может означать один из больших скачков жизни». Нью-Йорк Таймс. Получено 2020-01-15.