Ученые раскрыли, как малоизвестная амеба захватила бактерию для фотосинтеза
Около 100 миллионов лет назад амеба Paulinella совершила "кражу": она захватила гены у бактерии, чтобы восполнить утраченные.
Ученые из Rutgers и других институтов выяснили механизм этой кражи. Амеба поглотила фотосинтезирующую бактерию, сохранила ее клетку живой и начала использовать ее гены для фотосинтеза — процесса преобразования CO2 в кислород и сахара с помощью солнечной энергии.
Ключевой вывод: микробный мир может перемещать ценные гены между организмами по необходимости. Когда у микроба возникает дефицит гена, он иногда может восполнить его, захватив тот же ген из окружающей среды. Это демонстрирует высокую пластичность микробных геномов.
"Эволюция находит путь, решая проблему сломанных генов путем сбора заменяющих генов из окружающей среды", — говорит соавтор исследования Дебашиш Бхаттачария.
Однако этот процесс характерен для микробной жизни (бактерий и одноклеточных эукариот), а не для организмов с защищенной зародышевой линией, как у людей.
Исследование международной группы ученых из США и Германии опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Контекст: древний симбиоз
Способность к фотосинтезу у растений и водорослей возникла в результате аналогичного, но более древнего события — первичного эндосимбиоза, произошедшего около 1,5 миллиардов лет назад. Тогда предок водорослей поглотил фотосинтезирующую бактерию, превратив ее в хлоропласт. Этот процесс изменил жизнь на Земле, позволив развиться животным, зависящим от растений.
История открытия Paulinella
- В 1895 году немецкий натуралист Роберт Лаутерборн обнаружил амебу Paulinella chromatophora и описал наличие в ней "растительных клеток" — двух крупных пластид (хроматофоров), осуществляющих фотосинтез. Его наблюдение помогло развитию теории эндосимбиоза.
- Десятилетиями ученые не могли найти или культивировать Paulinella.
- Около 20 лет назад немецкому ученому Михаэлю Мелькониану удалось получить изолят амебы и культивировать ее. Современные методы геномики позволили наконец раскрыть ее секреты.
Как амебе удалось сохранить пластиды?
Внутриклеточные симбионты со временем накапливают мутации и деградируют из-за невозможности обмениваться ДНК со своим видом. Этот процесс известен как "храповик Маллера".
Анализ геномных данных Paulinella показал, что каждый раз, когда амеба теряла собственный ген, она заменяла его функционально аналогичным геном, захваченным у бактерий из окружающей среды. Это позволило хроматофорам избежать генетического вырождения.
"Кто знает, возможно, через 100 миллионов лет потомки Paulinella станут доминирующими растениями на нашей планете", — отмечает Бхаттачария.
Авторы исследования: Ева Новак (Институт Карнеги, Стэнфорд, и Университет Генриха Гейне, Дюссельдорф), Дана С. Прайс и Дебашиш Бхаттачария (Rutgers), Анна Зингер (Университет Генриха Гейне), Михаэль Мелькониан (Кёльнский университет), Артур Р. Гроссман (Институт Карнеги).