Локиархеота
 | Эту статью необходимо обновить . ( март 2018 г. ) |
| Локиархеота | |
|---|---|
 | |
| СЭМ-изображение Candidatus Prometheoarchaeum syntropicum | |
| Научная классификация | |
| Домен: | |
| Королевство: | « Протеоархеота » |
| Супертип: | |
| Тип: | « Локиархеота » Спанг и др. 2015 год |
| Сорт: | «Локиархея» правильный. Спанг и др. 2015 год |
| Заказ | |
| |
Lokiarchaeota предполагаемый тип архей . — [1] Тип включает в себя всех членов группы, ранее называвшейся группой глубоководных архей, также известной как морская бентосная группа B. Lokiarchaeota является частью супертипа Асгарда , содержащего типы: Lokiarchaeota, Thorarchaeota , Odinarchaeota , Heimdallarchaeota и Helarchaeota . [2] Филогенетический монофилетическую анализ выявил группировку Lokiarchaeota с эукариотами . Анализ выявил несколько генов , выполняющих функции, связанные с клеточной мембраной . Наличие таких генов подтверждает гипотезу об архейном хозяине, ответственном за возникновение эукариот; эоцитоподобные сценарии .
Lokiarchaeota была интродуцирована в 2015 году после идентификации генома- кандидата в ходе метагеномного анализа образца срединно-океанических отложений. Этот анализ предполагает существование рода одноклеточной жизни, получившего название Lokiarchaeum . Образец был взят возле гидротермального источника на жерлом поле, известном как Замок Локи, расположенном на излучине между хребтами Монса и Книповича в Северном Ледовитом океане . [3]
Открытие
[ редактировать ]Были проанализированы осадки гравитационного керна , взятого в 2010 году в рифтовой долине на хребте Книповича в Северном Ледовитом океане, вблизи так называемого жерла «Замок Локи» гидротермального . Определенные горизонты отложений, которые, как ранее было показано, содержат большое количество новых линий архей. [4] [5] были подвергнуты метагеномному анализу. Из-за низкой плотности клеток в осадке полученная генетическая последовательность не происходит из изолированной клетки, как это было бы в случае обычного анализа, а представляет собой скорее комбинацию генетических фрагментов. [6] Результатом стал полный на 92% составной геном с 1,4-кратной избыточностью под названием Lokiarchaeum . [3]
Метагеномный анализ определил наличие генома организма в образце. [3] Однако сам организм не был культивирован лишь спустя годы: японская группа впервые сообщила о выделении и культивировании штамма Lokiarchaeota в 2019 году. [7] С момента первоначального культивирования Lokiarchaeota представители этого типа были зарегистрированы в самых разных средах обитания. Достижения в области технологий секвенирования ДНК как с длинным, так и с коротким считыванием также помогли выявить и идентифицировать Lokiarchaeota из микробных образцов. [2]
Тип Lokiarchaeota был предложен на основе филогенетического анализа с использованием набора высококонсервативных генов, кодирующих белки. [3] Благодаря отсылке к гидротермальному комплексу, из которого произошел первый образец генома, название отсылает к Локи , скандинавскому богу, меняющему форму. [6] Литературный Локи описывался как «поразительно сложная, запутанная и двойственная фигура, ставшая катализатором бесчисленных неразрешенных научных споров». [8] аналогия с ролью локиархеот в спорах о происхождении эукариот. [3]
Описание
[ редактировать ]
Составной геном Lokiarchaeum состоит из 5381 гена, кодирующего белок . Из них примерно 32% не соответствуют ни одному известному белку, 26% очень напоминают белки архей и 29% соответствуют бактериальным белкам. Эта ситуация согласуется с тем, что: (i) белки из нового типа (с небольшим количеством близких родственников или вообще без них) трудно отнести к их правильному домену ; и архей произошел значительный междоменный перенос генов и (ii) существующие исследования, которые предполагают, что между бактериями .
Небольшая, но значительная часть белков (175, 3,3%), которые кодируют восстановленные гены, очень похожа на эукариотические белки. Эти белки включали гомологи белков цитоскелета, ГТФаз и белкового комплекса олигосахарилтрансферазы (ОСТ). Гомологи компонентов эндосомального сортировочного комплекса, необходимых для транспорта, и системы белков-модификаторов убиквитина также были идентифицированы при анализе генома локиархеот. [2] Загрязнение образца является маловероятным объяснением необычных белков, поскольку восстановленные гены всегда были окружены генами прокариот , а в метагеноме, из которого был извлечен составной геном, не было обнаружено генов известного эукариотического происхождения. Кроме того, предыдущий филогенетический анализ показал, что рассматриваемые гены произошли от основания эукариотических клад . [3]
У эукариот функции этих общих белков включают деформацию клеточной мембраны , формирование формы клетки и динамический белковый цитоскелет . [3] [9] [10] Функции эукариотических белков, обнаруженные у Lokiarchaeota, также включают механизмы внутриклеточного транспорта. [11] Предполагается, что Локиархеум может обладать некоторыми из этих способностей. [3] Другой общий белок, актин , необходим для фагоцитоза у эукариот. [6] [9] Фагоцитоз – это способность поглощать и потреблять другую частицу; способность облегчила бы эндосимбиотическое происхождение митохондрий хлоропластов и такая , что является ключевым различием между прокариотами и эукариотами. [3] Наличие белков актина и механизмов внутриклеточного транспорта свидетельствует об общем происхождении древних локиархейот и эукариев. [11]
Таксономия
[ редактировать ]- Отряд « Lokiarchaeales » Spang et al. 2015 год [12] [13]
- Семейство Lokiarchaeaceae Vanwonterghem et al . 2016 (МБГБ, ДСАГ)
- Род « Кандидат Lokiarchaeum » исправ. Спанг и др. 2015 год
- « Ca. L. ossiferum» Родригес-Оливейра и др. 2023 год
- Род « Кандидат Lokiarchaeum » исправ. Спанг и др. 2015 год
- Семейство « Prometheoarchaeaceae » Паллен, Родригес-Р и Алихан 2022 (МК-Д1)
- Род Candidatus Harpocratesius Wu et al. 2022 год
- « Ка. Х. повторил» Wu et al. 2022 год
- Род « Кандидат Прометархеум » , испр. Имачи, Нобу и Такай 2020
- " Ca.P. Syntropicum" испр. Имачи, Нобу и Такай 2020
- Род Candidatus Harpocratesius Wu et al. 2022 год
- Семейство Lokiarchaeaceae Vanwonterghem et al . 2016 (МБГБ, ДСАГ)
Эволюционное значение
[ редактировать ]
Сравнительный анализ генома Lokiarchaeum с известными геномами привел к созданию филогенетического дерева , которое показало монофилетическую группу, состоящую из Lokiarchaeota и эукариот. [14] поддерживая архейный хозяин или эоцитоподобные сценарии появления эукариот. [15] [16] [17] Репертуар связанных с мембраной функций Lokiarchaeum позволяет предположить, что общий предок эукариот может быть промежуточной ступенью между прокариотическими клетками, лишенными субклеточных структур, и эукариотическими клетками, которые содержат множество органелл . [3]
Карла Везе делит Трехдоменная система клеточную жизнь на три домена: археи, бактерии и эукариоты; последний характеризуется большими, высокоразвитыми клетками, содержащими митохондрии , которые помогают клеткам вырабатывать АТФ (аденозинтрифосфат, энергетический ресурс клетки), и связанное с мембраной ядро, содержащее нуклеиновые кислоты . Простейшие и все многоклеточные организмы, такие как животные, грибы и растения, являются эукариотами.
Бактерии и археи считаются древнейшими линиями. [18] поскольку ископаемые слои, несущие химические признаки архейных липидов, датируются 3,8 миллиарда лет назад. [19] К эукариотам относятся все сложные клетки и почти все многоклеточные организмы. Считается, что они появились между 1,6 и 2,1 миллиарда лет назад. [20] Хотя эволюция эукариот считается событием огромной эволюционной значимости, никаких промежуточных форм или «недостающих звеньев» ранее обнаружено не было. В этом контексте открытие Lokiarchaeum с некоторыми, но не всеми характеристиками эукариот, свидетельствует о переходе от архей к эукариотам. [21] Локиархеоты и эукариоты, вероятно, имели общего предка, и если это так, то они разошлись примерно два миллиарда лет назад. Доказательства общего происхождения, а не эволюционного перехода от локиархеот к эукариотам, обнаруживаются при анализе складчатых суперсемейств (FSF). Складные суперсемейства представляют собой эволюционно определенные домены белковой структуры. По оценкам, всего в природе встречается около 2500 FSF. [11] Использование диаграмм Венна позволило исследователям изобразить распределение FSF как тех, которые были общими для архей и эукарий, так и тех, которые уникальны для их соответствующих царств. Добавление Lokiarchaeum в группы Венна, созданные в результате первоначальной геномной переписи, добавило к Archaea только 10 FSF. Добавление Lokiarchaeum также способствовало уменьшению двух FSF, ранее уникальных для Eukarya. Исключительно в Эукарии по-прежнему было обнаружено 284 FSF. Ограниченное влияние Lokiarchaeota на изменение распределения FSF по Венну демонстрирует отсутствие генов, которые можно было бы проследить до общего предка с эукариотами. Скорее всего, предполагается, что эукариотические гены, присутствующие в бактериальных и архейных организмах, произошли в результате горизонтального переноса от раннего предка современных эукариот. [11] Этот предполагаемый предок обладал важнейшими «стартовыми» генами, которые способствовали увеличению сложности клеток. Этот общий предок или родственник в конечном итоге привел к эволюции эукариот. [6]
В 2020 году японская исследовательская группа сообщила о культивировании в лаборатории штамма Lokiarchaeota. [22] [23] [7] Этот штамм, получивший в настоящее время название Candidatus Prometheoarchaeum syntropicum штамм МК-D1, наблюдался в синтрофной ассоциации с двумя водородпотребляющими микробами: сульфатредуцирующими бактериями рода Halodesulfovibrio и метаногеном рода Methanogenium . Организм MK-D1 производит водород в качестве побочного продукта метаболизма, который затем потребляется симбиотическими синтрофами . MK-D1 также, по-видимому, организует свою внешнюю мембрану в сложные структуры, используя общие с эукариотами гены. Хотя ассоциации с альфапротеобактериями (от которых, как полагают, произошли митохондрии) не наблюдалось, эти особенности позволяют предположить, что MK-D1 и его синтрофы могут представлять собой современный пример симбиоза архей и бактерий, подобного тому, который дал начало эукариотам.
В 2022 году было сообщено о втором культивированном образце Lokiarchaeota, и штамм был назван Candidatus Lokiarchaeum ossiferum . [24]
Физиологические особенности
[ редактировать ]Известно, что Lokiarachaeota имеет тетрагидрометаноптерин-зависимый путь Вуда-Люндаля . Этот путь включает ряд биохимических реакций, способствующих утилизации неорганического углерода. Считается, что у Lokiarchaeota WLP является ацетогенным из-за отсутствия гена метил-КоМ-редуктазы, необходимого для метаногенеза. [2]
Анализ генов локиархей также показал экспрессию открытых рамок считывания (ORF), кодирующих белки, участвующих в метаболизме сахаров и белков. Однако эта метаболическая активность варьируется в зависимости от подгруппы Lokiarchaeota. Хотя подгруппы Lokiarchaeota имеют схожую генетическую информацию, различия в метаболических способностях объясняют их соответствующие экологические ниши. [25]
Две основные подгруппы типа Lokiarachaeota — это Локи-2 и Локи-3. Инкубации этих двух подгрупп из иловых отложений Гельголанда были проанализированы с помощью зондирования стабильных изотопов РНК и ДНК, чтобы понять их соответствующий углеродный метаболизм. [25] Было обнаружено, что Локи-3 активен как в использовании органического углерода, так и в разложении ароматических соединений. В подгруппе Loki-3 не было обнаружено использования белков или короткоцепочечных жирных кислот, хотя гены деградации аминокислот присутствовали в обеих подгруппах. Было обнаружено, что Локи-2 использует белок, о чем свидетельствует активность, когда белки были предоставлены в инкубациях Локи-2. Из-за более широкого использования углерода Локи-3, эта подгруппа встречается в более разнообразных морских отложениях, чем Локи-2. [25]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ламберт, Джонатан (9 августа 2019 г.). «Ученые увидели странный микроб, который мог бы помочь объяснить возникновение сложной жизни — локиархея, ранее известная только по ДНК, изолирована и выращена в культуре» . Природа . 572 (7769): 294. Бибкод : 2019Natur.572..294L . дои : 10.1038/d41586-019-02430-w . ПМИД 31409927 .
- ^ Jump up to: а б с д Касерес, Ева Ф.; Льюис, Уильям Х.; Хома, Феликс; Мартин, Том; Шрамм, Андреас; Кьельдсен, Каспер У.; Эттема, Тейс Дж.Г. (18 декабря 2019 г.). «Почти полные геномы локиархейот из сложных образцов окружающей среды с использованием метагеномного анализа длинного и короткого чтения» : 2019.12.17.879148. дои : 10.1101/2019.12.17.879148 . S2CID 213982145 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Спанг, Аня; Пила, Джимми Х.; Йоргенсен, Штеффен Л.; Заремба-Недзведска, Катажина; Мартейн, Йоран; Линд, Андерс Э.; ван Эйк, Роэл; Шлепер, Криста; Гай, Лайонел; Эттема, Тийс Дж.Г. (2015). «Сложные археи, заполняющие пропасть между прокариотами и эукариотами» . Природа . 521 (7551): 173–179. Бибкод : 2015Natur.521..173S . дои : 10.1038/nature14447 . ISSN 0028-0836 . ПМЦ 4444528 . ПМИД 25945739 .
- ^ Йоргенсен, Штеффен Лет; Ханнисдал, Бьярте; Ланцен, Андерс; Баумбергер, Тамара; Флесланд, Кристин; Фонсека, Рита; Овреас, Лиза; Стин, Ида Х; Торсет, Ингунн Х; Педерсен, Рольф Б; Шлепер, Криста (5 сентября 2012 г.). «Корреляция профилей микробных сообществ с геохимическими данными в сильно стратифицированных отложениях Арктического Срединно-океанического хребта» . ПНАС . 109 (42): E2846–55. дои : 10.1073/pnas.1207574109 . ПМК 3479504 . ПМИД 23027979 .
- ^ Йоргенсен, Штеффен Лет; Торсет, Ингунн Х; Педерсен, Рольф Б; Баумбергер, Тамара; Шлепер, Криста (4 октября 2013 г.). «Количественное и филогенетическое изучение группы глубоководных архей в отложениях Арктического срединно-океанического спредингового хребта» . Границы микробиологии . 4 : 299. дои : 10.3389/fmicb.2013.00299 . ПМК 3790079 . ПМИД 24109477 .
- ^ Jump up to: а б с д Ринкон, Пол (6 мая 2015 г.). «Недавно обнаруженный микроб — близкий родственник сложной жизни» . Би-би-си . Проверено 9 мая 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Имачи, Хироюки; и др. (15 января 2020 г.). «Изоляция археи на границе прокариот-эукариот» . Природа . 577 (7791): 519–525. Бибкод : 2020Natur.577..519I . bioRxiv 10.1101/726976 . дои : 10.1038/s41586-019-1916-6 . ПМК 7015854 . ПМИД 31942073 .
- ^ фон Шнурбейн, Стефани (ноябрь 2000 г.). «Функция Локи в «Эдде» Снорри Стурлусона ». История религий . 40 (2): 109–124. дои : 10.1086/463618 .
- ^ Jump up to: а б Гошдастидер У., Цзян С., Попп Д., Робинсон Р.К. (2015). «В поисках первичной актиновой нити» . Proc Natl Acad Sci США . 112 (30): 9150–1. дои : 10.1073/pnas.1511568112 . ПМЦ 4522752 . ПМИД 26178194 .
- ^ Хан, Амина (6 мая 2015 г.). «Знакомьтесь, Локи, ваш ближайший родственник прокариотов» . Лос-Анджелес Таймс . Проверено 9 мая 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с д Насир, Аршан; Ким, Кён Мо; Каэтано-Аноллес, Густаво (01 августа 2015 г.). «Локиархеоты: недостающие звенья, подобные эукариотам, в микробной темной материи?» . Тенденции в микробиологии . 23 (8): 448–450. дои : 10.1016/j.tim.2015.06.001 . ISSN 0966-842X . ПМИД 26112912 .
- ^ Ж. П. Эзеби. «Семейство: Lokiarchaeota, не отнесенное к семейству» . Список названий прокариот, имеющих номенклатуру (LPSN) . Проверено 20 июня 2023 г.
- ^ Сэйерс; и др. «Кандидат Локиархеота» . База данных таксономии Национального центра биотехнологической информации (NCBI) . Проверено 20 июня 2023 г.
- ^ Максимиллан, Людвиг (27 декабря 2019 г.). «Эволюция: откровенные отношения» . Физика.орг . Проверено 28 декабря 2019 г.
- ^ Эмбли, Т. Мартин ; Мартин, Уильям (2006). «Эукариотическая эволюция, изменения и проблемы» . Природа . 440 (7084): 623–630. Бибкод : 2006Natur.440..623E . дои : 10.1038/nature04546 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 16572163 . S2CID 4396543 .
- ^ Лейк, Джеймс А. (1988). «Происхождение эукариотического ядра определяется с помощью скоростно-инвариантного анализа последовательностей рРНК». Природа . 331 (6152): 184–186. Бибкод : 1988Natur.331..184L . дои : 10.1038/331184a0 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 3340165 . S2CID 4368082 .
- ^ Гай, Лайонел; Эттема, Тейс Дж.Г. (2011). «Архейный супертип TACK и происхождение эукариот». Тенденции в микробиологии . 19 (12): 580–587. дои : 10.1016/j.tim.2011.09.002 . ISSN 0966-842X . ПМИД 22018741 .
- ^ Ван, Минглей; Яфремава Людмила С.; Каэтано-Аноллес, Дерек; Миттенталь, Джей Э.; Каэтано-Аноллес, Густаво (2007). «Редуктивная эволюция архитектурного репертуара в протеомах и рождение трехчастного мира» . Геномные исследования . 17 (11): 1572–1585. дои : 10.1101/гр.6454307 . ПМК 2045140 . ПМИД 17908824 .
- ^ Хан, Юрген; Хауг, Пэт (1986). «Следы архебактерий в древних отложениях». Систематическая и прикладная микробиология . 7 (Труды Архебактерий '85): 178–83. дои : 10.1016/S0723-2020(86)80002-9 .
- ^ Нолл, Эндрю Х.; Яво, Э.Дж.; Хьюитт, Д.; Коэн, П. (29 июня 2006 г.). «Эукариотические организмы в протерозойских океанах» . Философские труды Королевского общества Б. 361 (1470): 1023–38. дои : 10.1098/rstb.2006.1843 . ПМЦ 1578724 . ПМИД 16754612 .
- ^ Циммер, Карл (6 мая 2015 г.). «Под водой — недостающее звено в эволюции сложных клеток» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 8 мая 2015 г.
- ^ Тиммер, Джон (07 августа 2019 г.). «Наконец-то мы смогли взглянуть на микроб, который мог быть нашим предком» . Арс Техника . Проверено 8 августа 2019 г.
- ^ Циммер, Карл (15 января 2020 г.). «Этот странный микроб может стать одним из великих скачков в жизни» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 15 января 2020 г.
- ^ Родригеш-Оливейра, Тьяго; Волвебер, Флориан; Понсе-Толедо, Рафаэль И.; Сюй, Цзинвэй; Риттманн, Саймон К.-МР; Клингль, Андреас; Пилхофер, Мартин; Шлепер, Криста (январь 2023 г.). «Актиновый цитоскелет и сложная клеточная архитектура у архея Асгарда» . Природа . 613 (7943): 332–339. дои : 10.1038/s41586-022-05550-y . ISSN 1476-4687 . ПМЦ 9834061 . ПМИД 36544020 .
- ^ Jump up to: а б с Инь, Сюран; Цай, Минвэй; Лю, Ян; Чжоу, Говей; Рихтер-Хайтманн, Тим; Аромокай, Дэвид А.; Кулкарни, Аджинкья Дж.; Нимзик, Рольф; Калхед, Генри; Чжоу, Чжичао; Пан, Цзе (март 2021 г.). «Различия физиологической активности морских локиархей на уровне подгрупп» . Журнал ISME . 15 (3): 848–861. дои : 10.1038/s41396-020-00818-5 . ISSN 1751-7370 . ПМК 8027215 . ПМИД 33149207 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Сокол, Джошуа (11 апреля 2023 г.). «Примитивные клетки Асгарда демонстрируют жизнь на грани сложности» . Журнал Кванта . Проверено 16 апреля 2023 г.