Новые данные о происхождении клеток: смешанная мембрана оказалась стабильной
Ученые из Университета Гронингена и Вагенингенского университета создали искусственную форму жизни со смешанной клеточной мембраной, что опровергает одну из гипотез о разделении доменов жизни — «липидную дихотомию». Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Суть гипотезы
Согласно гипотезе, общий предок бактерий и архей (LUCA) обладал нестабильной мембраной из смеси липидов двух типов:
- Бактериальные липиды: прямые жирные кислоты, соединенные эфирной связь с глицерол-3-фосфатом.
- Архейные липиды: изопреноиды, соединенные эфирной связь с глицерол-1-фосфатом.
Предполагалось, что нестабильность смешанной мембраны привела к разделению на два домена жизни более 3,5 млрд лет назад.
Эксперимент и результаты
Ученые «обратно сконструировали» бактерию E. coli со смешанной мембраной, добившись беспрецедентного результата:
- Ключевые открытия: были использованы недавно открытый третий фермент для синтеза архейных липидов и метод повышения производства изопреноидов в E. coli.
- Генетическая модификация: в E. coli заместили 30% мембранных липидов (весь фосфатидилглицерин) на их архейный аналог — архетидилглицерин.
- Стабильность: полученная клетка росла с нормальной скоростью и была стабильна, что не подтверждает гипотезу о нестабильности смешанной мембраны как причине «липидной дихотомии».
Наблюдения и перспективы
- Морфология: модифицированные клетки были более вытянутыми. При чрезмерном производстве архейных липидов рост замедлялся, а на мембране появлялись дольчатые выросты.
- Возможный эволюционный драйвер: ферменты архей оказались менее специфичными, чем бактериальные, что может указывать на их более «примитивную» природу. Эволюция специфичности ферментов могла стать движущей силой разделения.
- Ограничение: эксперимент проводился на современной E. coli, эволюционировавшей миллиарды лет.
- Прикладное значение: работа открывает путь к созданию бактериальных систем для экспрессии архейных мембранных белков (например, от гипертермофилов).
Исследование проведено в рамках национальной программы Origins Center, посвященной изучению происхождения жизни.
