Həyatın Tərifini Yenidən Yazan Minimal Hüceyrə

“Parazit orqanizmlərin bu superqruplarına aid olan arxeyalar və bakteriyalar arasında həqiqətən də böyük müxtəliflik var,” o bildirdi. Bakteriyalar üçün bu rəqəmin ümumi növlərin 25%-50%-i arasında ola biləcəyini də qeyd etdi. Bu kəşf, hüceyrəvi həyatın nə qədər kiçik və sadə formalar ala biləcəyi, hətta demək olar ki, canlı olmayan formalara qədər təkamül edə biləcəyi haqqında biliklərimizin hüdudlarını genişləndirir.

Həyatın Sərhədlərini Genişləndirən Kəşf

Nakayama öz elmi karyerasını başqa tədqiqatçıların tipik yanaşmasından daha diqqətli baxmaqla qurmuşdur. O, artıq kiçik hesab edilən bir hüceyrəyə baxır və düşünür: “Orada daha kiçik hüceyrələr də ev sahibi ola bilərmi?”

“Parazit və ev sahibi hüceyrələrin ölçüləri arasındakı fərq bəzən bir insan ilə Qodzillanın arasındakı fərq kimi ola bilər,” Nakayama dedi. O, bu münasibətlərin ehtiva edə biləcəyi kəşf edilməmiş biodiversitetin potensial genişliyindən valehdir və onun laboratoriyası dəniz suyunda bu cür əlaqələri axtarır. Okean, hüceyrələri ticarət əməkdaşlığı qurmağa həvəsləndirən qida maddələri ilə kasıb bir mühitdir. Bəzən onlar sərbəst şəkildə birlikdə üzərək nadir qida maddələrini və enerjini mübadilə edirlər. Digər hallarda isə onların təşkilatlanmaları daha mütəşəkkil olur.

Citharistes regius, simbiotik sianobakteriyaları yerləşdirmək üçün divarlı, kisəyəbənzər xarici kamerası olan qlobal miqyasda yayılmış birhüceyrəli dinoflagellatdır. Nakayama və komandası Sakit okeandan incə torla dəniz suyu nümunələri toplayaraq bu yosunu axtardılar. Genetik materialı sekanslama (metagenomika adlanan yanaşma) nümunənin geniş mənzərəsini əldə etmək üçün ümumi bir texnikadır.

“Bu metod geniş bir ümumi görünüş əldə etmək üçün inanılmaz dərəcədə güclüdür,” Nakayama dedi. “Lakin bu cür məlumatlarla, bir ardıcıllıq ilə onun gəldiyi xüsusi hüceyrə arasındakı əlaqəni saxlamaq çətin olur və nadir orqanizmlər asanlıqla göz ardı edilə bilər.” Onun komandasının daha hədəfli yanaşması isə, həmin qarışıq nümunədən mikroskopik olaraq tək hədəf hüceyrəni müəyyən etmək və fiziki olaraq ayırmaqdır.

Sahildə, Tsukuba laboratoriyasında, tədqiqatçılar C. regius olduğunu təsdiqlədikdən sonra, o hüceyrə ilə əlaqəli hər bir genomu sekanslaşdırdılar. Gözlənildiyi kimi, onlar onun simbiotik sianobakteriyasından DNT tapdılar, lakin başqa bir şey də aşkar etdilər: bizlər kimi eukariotların yaranmasına səbəb olduğu düşünülən həyat sahəsinin bir üzvü olan arxeona aid ardıcıllıqlar.

Nəhəngdən Kiçiyə: Yeni Arxeyalar Və Onun Sirrləri

Əvvəlcə Nakayama və həmkarları səhv etdiklərini düşündülər. Arxeal genom olduqca kiçikdir: cəmi 238 min baza cütü. Müqayisə üçün, insanların milyardlarla baza cütü var, hətta E. coli bakteriyaları bir neçə milyonla işləyir. (C. regius-un simbiotik sianobakteriyalarının 1,9 milyon baza cütü var.) Əvvəllər məlum olan ən kiçik arxeal genom Nanoarchaeum equitans-a aid idi – 490 min baza cütü ilə yeni tapılan genomdan iki dəfədən çox uzundur. Onlar əvvəlcə bu kiçik genomun – sadəcə statistik səs-küy olmaq üçün çox böyük olan – onların proqram təminatı tərəfindən səhvən yığılmış, daha böyük bir genomun qısaldılmış bir parçası olduğunu zənn etdilər.

“Əvvəlcə, bunun genomun yığılması prosesinin bir artefaktı ola biləcəyindən şübhələnirdik,” Nakayama xatırladı. Yoxlamaq üçün komanda genomu müxtəlif texnologiyalardan istifadə edərək sekanslaşdırdı və məlumatları DNT ardıcıllıqlarının fraqmentlərini tam genoma yığan bir neçə kompüter proqramından keçirdi. Müxtəlif yanaşmaların hamısı eyni 238 min baza cütlü dairəvi genomu yenidən qurdu. “Bu ardıcıllıq bizi onun həqiqi, tam genom olduğuna inandırdı,” dedi.

Bu o demək idi ki, Nakayama və komandası yeni bir orqanizm əldə etmişdi. Onlar bu mikroba “Candidatus Sukunaarchaeum mirabile” adını verdilər (bundan sonra Sukunaarchaeum olaraq adlandırılacaq), onun olduqca kiçik genomuna görə – qısa boyu ilə tanınan Şinto tanrısı Sukuna-biko-nadan, üstəgəl “qeyri-adi” mənasını verən latın sözündən ilhamlanaraq. “Candidatus” termini isə, ənənəvi olaraq yeni bakterial və ya arxeal növü adlandırmaq üçün hüceyrənin metabolizmini və fiziologiyasını xarakterizə etmək üçün kulturalaşdırma tələb olunduğu halda, indi genomlardan bu xüsusiyyətlərin proqnozlaşdırılması ilə sürətlənən kəşflər nəticəsində təklif olunan adları bildirir. Bu adlar hələ beynəlxalq orqan tərəfindən rəsmi təsdiqini gözləyir.

Həyat Və Parazit Orqanizmlər Arasındakı İnteraktiv Bağlantı

Komanda arxeonu təhlil etmək üçün mövcud gen bazalarına müraciət etdikdə, onun kiçik ölçüsünün çox şeyin əskik olmasından qaynaqlandığını aşkar etdilər. Sukunaarchaeum yalnız özünün replikasiyası üçün zəruri olan minimum zülalları kodlayır, və vəssalam. Ən qəribəsi, onun genomunda çoxalmaq üçün lazım olanlardan başqa, molekulları emal etmək və qurmaq üçün tələb olunan genlərə dair heç bir ipucu yoxdur. Bu metabolik komponentlərdən məhrum olan orqanizm böyümə və saxlanma proseslərini başqa bir hüceyrəyə, tamamilə asılı olduğu bir ev sahibinə həvalə etməlidir. Bu xüsusiyyətləri onu tipik bir parazit orqanizm edir.

Digər simbiotik mikroblar da genomlarının çox hissəsini, o cümlədən Sukunaarchaeum-un təkamül qohumlarını da atmışdır. Tədqiqatçıların təhlili göstərdi ki, bu mikrob DPANN arxeyaları qrupunun bir hissəsidir, bəzən nanoarxeyalar və ya ultra-kiçik arxeyalar adlandırılır və kiçik ölçüləri və kiçik genomları ilə xarakterizə olunur. DPANN arxeyaları ümumiyyətlə, daha böyük prokaryotik mikrobların xaricinə yapışan simbiontlar olaraq qəbul edilir və bir çoxunun həyat tərzinə uyğun olaraq genomları əhəmiyyətli dərəcədə azalmışdır. Lakin indiyə qədər heç bir DPANN növünün genomu bu qədər qısaldılmamışdı. Və Sukunaarchaeum DPANN nəslindən erkən budaqlanmış, bunun da özünəməxsus təkamül yolunu tutduğunu göstərir. Bu, onun kiçikliyinin, digər parazit orqanizmlər arasında belə, xüsusi olduğunu göstərir.

“Bu arxeyalar aləmi ümumiyyətlə olduqca sirlidir,” deyə bu işdə iştirak etməyən Texas Universitetinin mikrob ekoloqu Brett Baker bildirdi. “[DPANN arxeyaları] metabolik imkanlarında açıq şəkildə məhduddur.”

Sukunaarchaeum ev sahibinə – bu, C. regius, simbiotik sianobakteriya və ya başqa bir hüceyrə ola bilər – müəyyən bir fayda təmin edə bilsə də, çox güman ki, özünə qapanmış bir parazitdir. “Onun genomun azalması tamamilə eqoist motivlərlə, parazit həyat tərzi ilə uyğun gəlir,” deyə araşdırmada iştirak etməyən Sidney Texnologiya Universitetinin mikrobioloqu Tim Williams qeyd etdi. O, metabolik məhsullar töhfə verə bilməz, buna görə Sukunaarchaeum ilə hər hansı digər hüceyrə arasındakı əlaqə böyük ehtimalla birtərəfli bir əlaqə olardı. Bu, onu klassik bir parazit orqanizm kimi səciyyələndirir.

Digər mikroblar da oxşar dərəcədə ifrat, sadələşdirilmiş formalar təkamül etdirmişdir. Məsələn, şirə ilə qidalanan böcəklərin bağırsaqlarında simbiont kimi yaşayan Carsonella ruddii bakteriyasının genomu Sukunaarchaeum-dan daha kiçikdir, təxminən 159 min baza cütü. Lakin bu və digər super-kiçik bakteriyalar ev sahibləri üçün amin turşuları və vitaminlər kimi qida maddələri istehsal etmək üçün metabolik genlərə malikdirlər. Bunun əvəzinə, onların genomları öz-özünə çoxalma qabiliyyətlərinin çox hissəsini atmışdır.

“Onlar orqanellalara çevrilmə yolundadırlar. Mitoxondriya və xloroplastların bu şəkildə təkamül etdiyi düşünülür,” Williams dedi. “Lakin Sukunaarchaeum əks istiqamətdə getmişdir: genom özünün çoxalması üçün lazım olan genləri saxlamış, lakin metabolik genlərinin əksəriyyətini, bəlkə də hamısını itirmişdir.”

24 saat