3238. Кому не нужны митохондрии
В пищеварительном тракте позвоночных животных живёт простейший организм, у которого никогда не было митохондрий.
Вся жизнь делится на три домена: бактерий, архей и эукариот, где эукариоты - это растения, животные, водоросли, грибы и огромная масса мельчайших одноклеточных существ, называемых простейшими.
Простейший организм Monocercomonoides, у которого никогда не было митохондрий. (Фото Vladimir Hampl / Charles University.)‹›
Разнообразие эукариот, как видим огромно, достаточно сравнить одноклеточную инфузорию или малярийного плазмодия с весьма многоклеточным человеком, однако некоторые особенности неизменно присутствуют у всех эукариотических организмов, и одна из таких особенностей - наличие в клетках митохондрий. Так называют мембранные структуры, которые служат энергетическими станциями - в митохондриях идут биохимические реакции по извлечению энергии из расщепляемых молекул.
У митохондрий есть собственная ДНК, кодирующая ферменты, которые необходимы для энергетических реакций, и у них есть собственный аппарат для синтеза этих белков; кроме того, некоторые гены, нужные для функционирования митохондрий, есть в ядерных хромосомах - основном клеточном хранилище генетической информации.
И вот оказалось, что некоторые эукариоты могут обходиться без митохондрий. Владимир Хампл (Vladimir Hampl) из Карлова университета в Праге вместе с коллегами из Университета Альберты, Университета Далхаузи и Остравского технического университета опубликовал в Current Biology описание простейшего Monocercomonoides, живущего в пищеварительном тракте позвоночных животных. Характерная особенность Monocercomonoides состоит в том, что митохондрий у него не просто нет - их никогда и не было.
Здесь следует уточнить, что на самом деле про безмитохондриальных эукариот известно относительно давно - есть такая группа жгутиковых простейших, как Metamonada, у которых нет этих энергетических органелл. (В качестве примера можно привести кишечную лямблию, возбудителя лямблиоза у человека.)
Считается, однако, что изначально митохондрии у метамонад были, просто они потом в эволюции утратились. Тому есть определённые доказательства: во-первых, у некоторых метамонад остались рудименты митохондрий, называемые митосомами и гидрогеносомами, во-вторых, в геноме таких простейших остались гены, которые когда-то определённо относились к митохондриям, а некоторые из таких генов вообще принадлежали собственной митохондриальной ДНК, переместившись в ядро после того, как митохондрии начали деградировать.
Что до митосом и гидрогеносом, то работать, как митохондрии, они не могут, но при том в них в каком-то виде остаются кластеры атомов железа и серы, которые используются в окислительно-восстановительных реакциях, в частности, в окислительных энергетических реакциях «нормальных» митохондрий. Словом, универсальность митохондрий от присутствия на свете таких вторичнобезмитохондриальных существ ничуть не страдала.
Однако в геноме Monocercomonoides (который, кстати, входит в ту же большую группу метамонад) не нашли никаких следов митохондриальных генов - ни тех, которые были в митохондриальной ДНК, ни тех, которые кодировали белки митохондрий, находясь в ядре.
Те, о ком шла речь выше, кто вторично утратил митохондрии, поступили так потому, что им приходится жить там, где мало кислорода. Митохондрии получают энергию с помощью кислородного окисления, только процесс этот растянут на много этапов и много белков; ну а если кислорода нет, то и вся окислительная кухня митохондрий, получается, не нужна.
Monocercomonoides тоже живут в условиях с низким содержанием кислорода (в желудочно-кишечном тракте), так что отсутствие митохондрий у них объяснимо - но, как мы уже сказали, проблема тут в том, что митохондрий, судя по всему, у Monocercomonoides никогда и не было; более того, у них даже нет белков, которые были бы хоть в чём-то похожи на митохондриальные ферменты.
Митохондрии не только служат энергетическими станциями, они ещё собирают вышеупомянутые железосерные кластеры - комплексы атомов железа и серы, которые могут получать, отдавать, переносить или накапливать электроны и которые используются клеткой много где. Митохондрии их собирают и экспортируют в цитоплазму, а там железосерные кластеры уже встраиваются в какие-то ферменты.
Как выходят из положения Monocercomonoides? Оказалось, что они позаимствовали соответствующую систему синтеза железосерных кластеров у бактерий, у которых тоже никогда не было митохондрий, но которым тоже нужно проводить биохимические реакции, связанные с переносом электронов. Гены бактериальных белков, очевидно, попали в Monocercomonoides с помощью горизонтального переноса, то есть простейший как-то «съел» бактериальную ДНК (либо в свободном виде, либо вместе с хозяином), а потом встроил её в свой геном.
Специалисты пока комментируют новую работу достаточно осторожно, выказываясь в том смысле, что как же мы мало знаем ещё про эволюцию эукариот и сколько всего нового мы можем узнать, если будем уделять больше внимания малоисследованным одноклеточным.
На посторонний взгляд тут, конечно, напрашивается вывод, что подобно Monocercomonoides в незапамятные времена мог выглядеть один из предков эукариот, что-то вроде «переходного звена» между бактериями и археями, с одной стороны, и новым, нарождающимся доменом, с другой. Действительно, ведь в других отношениях Monocercomonoides - вполне себе эукариот, у него есть ядро и другие эукариотические внутриклеточные органеллы.
Но вывод о «переходном звене» - всё-таки слишком сильное утверждение, и для того, чтобы на примере Monocercomonoides рассуждать обо всей эволюции эукариот в целом, нужно поподробнее изучить и его самого, и других родственных ему простейших.
По материалам The Scientist.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: nkj.ru
Источник