Механическое сжатие индуцирует многоклеточную организацию у архей

Археи — один из трёх основных доменов жизни наряду с бактериями и эукариотами — часто остаются в тени. Несмотря на внешнее сходство с бактериями, их генетический состав указывает на более близкое эволюционное родство с эукариотами. Новое исследование раскрывает удивительную способность архей организовываться за пределами одноклеточного существования в определённых физических условиях.

Исследователей из Университета Брандейса, Лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже и Института биологии Макса Планка в Тюбингене заинтересовали уникальные черты архейных клеток, в частности их белковый поверхностный слой вместо жёсткой клеточной стенки. Ведущий исследователь Алекс Биссон объясняет: «Отсутствие ковалентно связанной клеточной стенки предполагает более динамичную, но менее жёсткую структуру, что привело к гипотезе, что археи могут быть "мягкими" и чувствительными к механическим стимулам».

Их работа привела к случайному открытию многоклеточности во всех трёх доменах жизни и продемонстрировала важность механических сил в формировании архейных тканей. «Наша работа показывает, что возникновение сложности в жизни не ограничено несколькими особыми ветвями на древе жизни — это более глубокое свойство, присутствующее даже в линиях, которые мы долго упускали из виду», — отметил Викрам Алва, соавтор из Института биологии Макса Планка. Исследование опубликовано в журнале Science.

Роль механических сил в многоклеточности

Работая с Haloferax volcanii, устойчивой археей, обитающей в экстремальных условиях, команда наблюдала удивительную трансформацию. Вместо типичного клеточного деления, при механическом сжатии клетки увеличивались в размерах и организовывались в тканеподобные структуры, содержащие несколько наборов генетического материала.

«Именно Теопи Радос, первый автор проекта, первой наблюдала и описала это замечательное поведение», — сказал Биссон. «Как метко выразилась соавтор Оливия Леланд — это как если бы клетки были сжаты, а затем начали расти вширь и ввысь, больше похоже на поднимающееся тесто, чем на традиционное клеточное деление».

При воздействии определённого давления клетки переходили от одиночных организмов к взаимосвязанным клеточным сообществам. «Тот факт, что такое поведение может быть запущено простым физическим ограничением и включает ремоделирование цитоскелета и скоординированную клеточную организацию, предполагает, что способность к структурной организации заложена в биологии глубже, чем считалось ранее», — отметила Радос.

Танмай Бхарат, соавтор из Лаборатории молекулярной биологии MRC, подчёркивает более широкие последствия открытия: «Мы обнаружили, что механическое сжатие индуцирует многоклеточность, что, мягко говоря, удивительно». Он предполагает, что это открытие ставит вопрос о том, могут ли другие одноклеточные организмы обладать подобной скрытой способностью развивать многоклеточность в ответ на сигналы окружающей среды.

Это исследование побуждает учёных изучить, может ли применение аналогичных стимулов заставить другие одноклеточные организмы перейти к многоклеточности.