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:

  1. Ключевые открытия: были использованы недавно открытый третий фермент для синтеза архейных липидов и метод повышения производства изопреноидов в E. coli.
  2. Генетическая модификация: в E. coli заместили 30% мембранных липидов (весь фосфатидилглицерин) на их архейный аналог — архетидилглицерин.
  3. 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.