ევკარიოტები: ისტორია მისი არქეალური წინაპრების შესახებ

სიცოცხლის ფორმების ტრადიციული დაჯგუფება პროკარიოტებად და ევკარიოტებად გადაიხედა 1977 წელს, როდესაც rRNA თანმიმდევრობის დახასიათებამ აჩვენა, რომ არქეები (მაშინ „არქებაქტერიებს“ ეძახდნენ) „ისევე შორს არის დაკავშირებული ბაქტერიებთან, როგორც ბაქტერიები ევკარიოტებთან“. ეს საჭიროებდა ცოცხალი ორგანიზმების დაჯგუფებას. ევბაქტერიებში (რომელიც მოიცავს ყველა ტიპურ ბაქტერიას), არქეებსა და ევკარიოტებს. დარჩა ევკარიოტების წარმოშობის საკითხი. დროთა განმავლობაში, მტკიცებულებები დაიწყო ევკარიოტების არქეული წინაპრების სასარგებლოდ. განსაკუთრებით საინტერესო იყო აღმოჩენა, რომ ასგარდის არქეას გენომში აქვს რამდენიმე ასეული ევკარიოტული ხელმოწერის პროტეინის (ESPs) გენი. ESP-ები გადამწყვეტ როლს ასრულებენ ევკარიოტების ციტოჩონჩხის და რთული უჯრედული სტრუქტურების მახასიათებლებში. 21 წლის 2022 დეკემბერს გამოქვეყნებულ გარღვევაში, მკვლევარებმა განაცხადეს ასგარდის არქეების გამდიდრებული კულტურის წარმატებული კულტივირება, რომელიც მათ გადაიღეს კრიოელექტრონული ტომოგრაფიის გამოყენებით. მათ დააფიქსირეს ასგარდის უჯრედებს მართლაც ჰქონდათ რთული აქტინზე დაფუძნებული ციტოჩონჩხი. ეს იყო პირველი პირდაპირი ვიზუალური მტკიცებულება ევკარიოტების არქეალური წინაპრების შესახებ, მნიშვნელოვანი ნაბიჯი ევკარიოტების წარმოშობის გაგებაში.  

1977 წლამდე დედამიწაზე სიცოცხლის ფორმები იყო დაჯგუფებული eukaryotes (რთული ფორმები, რომლებიც ხასიათდება უჯრედის გენეტიკური მასალების კარგად განსაზღვრულ ბირთვში ჩართვით და ციტოჩონჩხის არსებობით) და პროკარიოტები (სიტოპლაზმაში გენეტიკური მასალის მქონე სიცოცხლის უფრო მარტივი ფორმები მითითებული ბირთვის გარეშე, მათ შორის ბაქტერიები და არქეები). ითვლებოდა, რომ ფიჭური eukaryotes წარმოიშვა დაახლოებით 2 მილიარდი წლის წინ, ალბათ პროკარიოტებისგან. მაგრამ როგორ წარმოიშვა ევკარიოტები? როგორ უკავშირდება ფიჭური სიცოცხლის რთული ფორმები უფრო მარტივ უჯრედულ სიცოცხლის ფორმებს? ეს იყო დიდი ღია კითხვა ბიოლოგიაში.  

გენისა და ცილების მოლეკულურ ბიოლოგიაში ტექნოლოგიურმა მიღწევებმა ხელი შეუწყო საკითხის არსს, როდესაც 1977 წელს არქეები (მაშინ „არქებაქტერიებს“ ეძახდნენ) აღმოჩნდა.ისევე შორს არის დაკავშირებული ბაქტერიებთან, როგორც ბაქტერიებთან eukaryotes".სიცოცხლის ფორმების ადრინდელი განსხვავება პროკარიოტებად და ევკარიოტებად ეფუძნებოდა ფენოტიპურ განსხვავებებს უჯრედის ორგანელების დონეზე. ამის ნაცვლად, ფილოგენეტიკური ურთიერთობა უნდა ეფუძნებოდეს ფართოდ გავრცელებულ მოლეკულას. რიბოსომური რნმ (rRNA) არის ერთ-ერთი ასეთი ბიომოლეკულა, რომელიც იმყოფება ყველა თვითგამრავლების სისტემაში და რომლის თანმიმდევრობები დროთა განმავლობაში ძალიან ცოტა იცვლება. rRNA თანმიმდევრობის დახასიათებაზე დაფუძნებული ანალიზმა მოითხოვა ცოცხალი ორგანიზმების დაჯგუფება ევბაქტერიებად (რომელიც მოიცავს ყველა ტიპურ ბაქტერიას), არქეადა ევკარიოტები¹.  

შემდგომში ჩნდება მტკიცებულებები არქეასა და ევკარიოტებს შორის უფრო მჭიდრო ურთიერთობის შესახებ. 1983 წელს აღმოჩნდა, რომ არქეების დნმ-დამოკიდებული რნმ პოლიმერაზები და eukaryotes არიან იგივე ტიპის; ორივე ავლენს საოცრად მსგავს იმუნოქიმიურ თვისებებს და ორივე მომდინარეობს საერთო საგვარეულო სტრუქტურიდან². ცილის წყვილის კომპოზიტურ ფილოგენეტიკური ხეზე დაყრდნობით, 1989 წელს გამოქვეყნებული სხვა კვლევამ აჩვენა არქეების უფრო მჭიდრო კავშირი ევკარიოტებთან, ვიდრე ევბაქტერიებთან.³. ამ დროისთვის, არქეალური წარმოშობა eukaryotes დადგინდა, მაგრამ ზუსტი არქეალური სახეობების იდენტიფიცირება და შესწავლა დარჩა.  

გენომიური კვლევების ზრდა წარმატების შემდეგ გენომის პროექტი, უზრუნველყოფდა ამ ტერიტორიის ძალიან საჭირო შევსებას. 2015-2020 წლებში რამდენიმე კვლევამ დაადგინა, რომ ასგარდი არქეა ატარებენ ევკარიოტის სპეციფიკურ გენებს. მათი გენომი გამდიდრებულია ევკარიოტებისთვის სპეციფიკური ცილებით. ამ კვლევებმა ნათლად დაადგინა, რომ ასგარდის არქეებს აქვთ გენეტიკური სიახლოვე ევკარიოტთან, მათ გენომში ასობით ევკარიოტული ხელმოწერის ცილების (ESPs) გენის არსებობის გამო.  

შემდეგი ნაბიჯი იყო ასგარდის არქეის შიდა სარდაფის სტრუქტურის ფიზიკურად ვიზუალიზაცია ESP-ების როლის დასადასტურებლად, რადგან გავრცელებულია მოსაზრება, რომ ESP თამაშობს მთავარ როლს რთული უჯრედული სტრუქტურების ფორმირებაში. ამისთვის საჭირო იყო ამ არქეის უაღრესად გამდიდრებული კულტურები, მაგრამ ცნობილია, რომ ასგარდი მიუწვდომელია და იდუმალი. იწვევს სირთულეს საკმარისად დიდი რაოდენობით კულტივირებაში მათი ლაბორატორიაში შესასწავლად. როგორც ახლახან გამოქვეყნდა 21 წლის 2022 დეკემბერს ჩატარებული კვლევის თანახმად, ეს სირთულე ახლა დაძლეულია.  

მკვლევარებმა, ექვსწლიანი შრომისმოყვარეობის შემდეგ, იმპროვიზირებული ტექნიკა და წარმატებით განავითარეს ლაბორატორიაში უაღრესად გამდიდრებული კულტურა.Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', ასგარდის ფილუმის წევრი. ეს იყო შესანიშნავი მიღწევა, ასევე იმიტომ, რომ ამან მკვლევარებს საშუალება მისცა დაენახათ და შეესწავლათ ასგარდის შიდა უჯრედული სტრუქტურები.    

კრიოელექტრონული ტომოგრაფია გამოყენებული იყო გამდიდრების კულტურის გამოსახულების მიზნით. ასგარდის უჯრედებს ჰქონდათ კოკოიდური უჯრედის სხეულები და განშტოებული გამონაზარდების ქსელი. უჯრედის ზედაპირის სტრუქტურა რთული იყო. ციტოჩონჩხი ვრცელდება მთელ უჯრედულ სხეულებზე. გრეხილი ორჯაჭვიანი ძაფები შეიცავს ლოკიაქტინს (მაგ. აქტინის ჰომოლოგებს, რომლებიც კოდირებულია Lokiarchaeota-ს მიერ). ამრიგად, ასგარდის უჯრედებს ჰქონდათ რთული აქტინზე დაფუძნებული ციტოჩონჩხი, რომელიც მკვლევარების ვარაუდით, პირველის ევოლუციას უსწრებდა. eukaryotes.  

როგორც პირველი კონკრეტული ფიზიკური/ვიზუალური მტკიცებულება ევკარიოტების არქეალური წინაპრების შესახებ, ეს არის შესანიშნავი პროგრესი ბიოლოგიაში.

*** 

წყაროები:  

1. Woese CR და Fox GE, 1977. პროკარიოტული დომენის ფილოგენეტიკური სტრუქტურა: პირველადი სამეფოები. გამოქვეყნებულია 1977 წლის ნოემბერი. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  

2. ჰუეტი, ჯ. et al 1983. არქებაქტერიებს და ევკარიოტებს აქვთ საერთო ტიპის დნმ-დამოკიდებული რნმ პოლიმერაზები. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  

3. ივაბე, ნ., et al 1989. არქებაქტერიების, ევბაქტერიების და ევკარიოტების ევოლუციური ურთიერთობა, დასკვნა დუბლირებული გენების ფილოგენეტიკური ხეებიდან. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერ. აშშ 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  

4. როდრიგეს-ოლივეირა, ტ. et al. 2022. აქტინის ციტოჩონჩხი და უჯრედის რთული არქიტექტურა ასგარდის არქეონში. გამოქვეყნებულია: 21 დეკემბერი 2022. ბუნება (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

***