Brakujące ogniwo: komórki bakteryjne i komórki ludzkie

Zespół naukowców z Uniwersytetu Nagoya w Japonii być może odkrył brakujące ogniwo między komórkami bakteryjnymi a komórkami zwierzęcymi i roślinnymi, w tym ludzkimi. Nazwali je tubuliną Odyna.

Pochodzenie tubuliny jest kluczowe dla zrozumienia procesu eukarogenezy, czyli momentu, w którym komórki zwierzęce i roślinne oddzielają się od bakterii. W komórkach zwierzęcych i roślinnych tubulina tworzy mikrotubule, które mają kluczowe znaczenie dla ich wewnętrznej organizacji. Tubulina wspiera komórkę, nadając jej strukturę, kształt i wewnętrzną organizację. Ponieważ jest ona tak niezbędna dla komórki, odkrycie pochodzenia tubuliny byłoby znaczącym krokiem w zrozumieniu, w jaki sposób złożone komórki zwierząt i roślin powstały z pojedynczych komórek bakterii.

Archeony z nadtypu Asgard Archaea mają kluczowe znaczenie dla tych badań, ponieważ naukowcy uważają je za najbliższe jednokomórkowe krewniaki komórek zwierzęcych i roślinnych. Chociaż te mikroskopijne jednokomórkowe organizmy wyglądają jak bakterie, różnią się pod względem budowy genetycznej i struktury komórkowej. Dlatego też, jako pośrednik między bakteriami a komórkami zwierzęcymi/roślinnymi, naukowcy regularnie wykorzystują je do zrozumienia ewolucji cech komórek zwierzęcych/roślinnych.

W badaniu opublikowanym w Science Advances grupa kierowana przez Akihiro Naritę, profesora nadzwyczajnego Wydziału Nauk Biologicznych Uniwersytetu Nagoya, Graduate School of Science, we współpracy z Tokyo Institute of Technology, Okayama University oraz Earth-Life Science Institute, wykorzystała promieniowanie rentgenowskie do zbadania białka homologicznego tubuliny pochodzącego z archeona Odinarchaeota, którego nazwa pochodzi od Odyna, boga z mitologii norweskiej.

„Jego struktura włókien była zaskakująca. Średnica wynosiła 100 nanometrów, czyli była znacznie szersza niż w przypadku mikrotubul u eukariotów” – wyjaśnia Narita. „Architektura również była wyjątkowa. Cząsteczki polimeryzują w łuki, które następnie łączą się w przypominającą wić spiralę. Możemy postrzegać tę strukturę jako pośrednią w ewolucji pomiędzy FtsZ, homologiem tubuliny bakteryjnej, która również polimeryzuje w pierścienie, a tubuliną występującą w komórkach roślinnych i zwierzęcych. ’

Grupa profesora Narity wyjaśniła również, w jaki sposób tubulina mogła wyewoluować. Postawili hipotezę, że pojawiła się ona przed powstaniem komórek roślinnych i zwierzęcych. Segregacja chromosomów o coraz większych rozmiarach i powiększanie się rozmiarów komórek podczas eukarogenezy mogły wymagać rozwoju sztywniejszych kanalików do pokonywania coraz większych odległości między komórkami i/lub zwiększania ich ładunku. Mogło to wywołać presję ewolucyjną, która sprzyjała przejściu od elastycznego typu do sztywniejszego, równoległego wzoru protowłókien spotykanego w mikrotubulach.

Profesor Narita jest podekscytowany konsekwencjami swoich odkryć. Mówi: „Uważamy za bardzo prawdopodobne, że mikrotubule są środkiem procesu ewolucji. To odkrycie ujawnia część tego, jak powstały eukarionty – w tym my”.

Źródło: Nagoya University