Това е първият известен еукариот, който извлича азот от въздуха

Досега се смяташе, че единствените азотфиксиращи организми са прокариоти като бактериите

Ваня Милева Последна промяна на 15 април 2024 в 00:00 2896 0

азотфиксиращи органели във водорасли

Кредит Tyler Coale

Едноклетъчното водорасло Braarudospharea bigelowii (показано тук при 1000-кратно увеличение) е първият еукариот, за който е известно, че фиксира азот, благодарение на своя нитропластен органел (стрелка).

Досега единствените форми на живот, за които се смяташе, че извличат азот от въздуха и го превръщат в биологично полезна форма, бяха бактериите и археите.

Но сега за първи път е открита такава специална машина за амоняк в едноклетъчно океанско водорасло, което от списъка на еукариотите – организми с ограничени с мембрана структури, наречени органели, съобщават изследователи в статия, наскоро публикувана в списание Science.

Тази машина за амоняк, казват учените, някога е била бактерия, която е започнала да живее във водораслото преди около 100 милиона години и оттогава се е превърнала във фабрика за събиране и преработка на азот за своя гостоприемник. Някога симбионт, сега е един от многото органели на клетката.

Фиксирането на азот, при което атмосферният азотен газ се превръща в амоняк, е важен процес за живота. Организмите се нуждаят от достъп до азотсъдържащи съединения, за да синтезират основни биохимикали. Бактериите и археите, които имат тази способност, често преработват този газ в почвата или във водна среда като океана.

Една такава бактерия, наречена UCYN-A, е много разпространена в световните океани и е важна за фиксирането на азота в океана, разказва морският еколог Джонатан Зер (Jonathan Zehr) от Калифорнийския университет в Санта Круз. Известно е също, че тези бактерии са симбионти, живеещи в едноклетъчните водорасли Braarudosphaera bigelowii и техните роднини.

Въпреки това, границата между симбионт и органел може да бъде размита. Джонатан Зер и колегите му се стремят да разберат по-добре къде попада UCYN-A в този спектър.

Използвайки рентгенови изображения, екипът за първи път научава, че когато клетките на водораслите се делят, всичките им органели се подреждат в една линия и се редуват да се делят в добре дефинирана последователност.

"Този ​​симбионт участва в тази последователност", отбелязва морският биолог Тайлър Коул (Tyler Coale), също от Калифорнийския университет в Санта Круз. "Някак си получава сигнал за разделяне точно навреме с другите органели."

нитропластно делене Изследователите открират, че нитропластите се подреждат и делят точно като всеки друг органел в клетката на водораслите. Тук е показана поредица от меки рентгенови томографски изображения, илюстриращи деленето на клетките и органелите в клетката на водораслите гостоприемник (прогресиращи отляво надясно). Светло лилаво са хлоропластите, тъмно лилаво е клетъчното ядро ​​на водораслите, зелено са митохондриите, а циан е нитропласта. Кредит: Valentina Loconte

След това изследователите анализираха пълните набори от генетични инструкции и протеини - геномите и протеомите - направени от водораслите и симбионтите UCYN-A.

"Около половината от протеините, които физически присъстват в този симбионт, са получени от генома на гостоприемника", обяснява Коул.

Тези допълнителни протеини изглежда запълват празнини в ключовите метаболитни пътища на бактерията, което предполага, че тя разчита на протеините на клетката на водораслите, за да функционира.

В съответствие с това много от бактериалните протеини съдържат специални аминокиселинни вериги. Молекулярният биолог Джон Арчибалд (John Archibald), който не е участвал в работата, ги описва като "пощенски марки" за трафик на протеини в клетката. Подобна система съществува за насочване на протеини, които са кодирани от генома на клетката гостоприемник в митохондриите и хлоропластите - органели, за които се смята, че са еволюирали от симбиотични микроби.

"Данните ясно показват, че двете клетки са еволюирали заедно от известно време, коментира Арчибалд от Университета Далхаузи в Халифакс, Нова Скотия.

Изследователите твърдят, че всички тези характеристики показват, че UCYN-A не е просто симбионт, а е еволюирал в органел, наречен нитропласт.

"Вносът на протеини е достоверна улика", подчертава Оливър Каспари (Oliver Caspari), молекулярен биолог от Университета в Бон, Германия, който не е участвал в проучването. Този внос предполага известна степен на взаимозависимост, която маркира бактерията като органел, обяснява Каспари.

Нитропластът е един от четирите известни случая на симбиотични микроби, еволюирали във винтче в клетъчната машина на гостоприемника. По-специално, хлоропластите и митохондриите са еволюирали от микробни симбионти преди около 2 милиарда години. Предишни изследвания върху еволюционната история на UCYN-A са показали, че връзката му с водораслите е много по-нова - на около 100 милиона години.

Това означава, че нитропластите могат да предоставят моментна снимка на това как митохондриите и хлоропластите са еволюирали в органели. Изследователите отдавна смятат, че този процес включва симбионтни геноми, мигриращи в ядрения геном на гостоприемника, но изглежда няма доказателства за това в нитропластите, посочва Коул. Вместо това геномът на гостоприемника може да поддържа симбионта до такава степен, че собственият геном на симбионта да отмре.

"Ако гените са насочени и техните протеини се внасят в тези органели, тогава техните геноми могат да загубят тези гени", разказва Коул. "Може би това е механизмът, по който симбионтите се опитомяват."

Справка: T.H. Coale et al. Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. Science. Vol. 384, April 12, 2024, p. 217. doi: 10.1126/science.adk1075.

Източник: This marine alga is the first known eukaryote to pull nitrogen from air, Science News 

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !