"محطة توليد الكهرباء" بدون الحمض النووي

May 27, 2019 قامت الطحالب من مجموعة الدينوفلاجيلات بتنظيم مادتها الوراثية بطريقة غير عادية.

تمتلك خلايا معظم الكائنات الحية هياكل خاصة مسؤولة عن إنتاج الطاقة. عادة ما يكون لهذه الميتوكوندريا الجينوم الخاص بها، بالإضافة إلى الجينوم الموجود في النواة. اكتشف أوي جون من معهد ألفريد فيجنر (AWI) وزملاؤه الآن استثناءً فريدًا حتى الآن في طفيلي وحيد الخلية. يبدو أن الميتوكوندريا الموجودة في السوطيات الديناميكية Amoebophrya ceratii تعمل بشكل صحيح حتى بدون المواد الوراثية الخاصة بها، وفقًا لما ذكره الفريق في مجلة Science Advances.

تشكل السوطيات الديناميكية جزءًا كبيرًا من العوالق في البحار. حوالي نصف ما يقرب من ألفي نوع معروف يمارس عملية التمثيل الضوئي مثل النباتات، والبعض الآخر يعيش مفترسًا أو، اعتمادًا على العرض، يتنقل بين الأنظمة الغذائية المختلفة. وأخيرًا، تحتوي هذه المجموعة من الطحالب متعددة الاستخدامات أيضًا على طفيليات في صفوفها. مع مثل هذا الفريق، ألقى الفريق حول أوي جون الآن نظرة على الجينوم - وواجه مفاجأة.

وجد الباحثون كائن دراستهم داخل خلايا دينوفلاجيلات أخرى من جنس ألكسندريوم. وهذا يشمل العديد من الأنواع التي تميل إلى تكوين طحالب سامة في التطورات الجماعية. أحيانًا ما تنجرف السجادات الكاملة المصنوعة من هذه الكائنات أحادية الخلية في الماء وتنتج مادة الساكسيتوكسين السامة للأعصاب، والتي تشكل أيضًا خطورة على البشر. ولكن هناك طفيليات يمكنها وقف تكاثر الطحالب. وتشمل هذه الأنواع نوعًا يُسمى Amoebophrya ceratii، والذي كان محور الدراسة الحالية.

يشرح أوي جون: "تسبح هذه الكائنات وحيدة الخلية في الماء باسم ما يسمى الديناصورات حتى تجد مضيفها". وعندما يحين الوقت، يلتصقون بضحيتهم، ويخترقونها ويأكلونها من الداخل إلى الأعلى. إنها تكبر أكثر فأكثر وتشكل مرحلة تحتوي على العديد من نوى الخلايا. مثل الدودة، تزحف أخيرًا خارج المضيف الميت وتقتحم ما بين 200 إلى 400 شوكة ديناصور جديدة. تستمر دورة العدوى هذه من ثلاثة إلى أربعة أيام فقط ويمكن أن تؤثر بشكل كبير على مجموعات Alexandrium.

قام الفريق بتسلسل جينوم غاز Giftalgen الفاتح، والذي يتكون من حوالي 100 مليون زوج أساسي. هذا قليل جدًا بالنسبة للدينوفلاجيلات. الآن، الجينوم الصغير للطفيلي ليس بالأمر المميز. العديد من أتباع نمط الحياة هذا لا ينتجون جميع المستقلبات اللازمة للبقاء على قيد الحياة بأنفسهم، ولكنهم يستخدمون مضيفيهم. وهذا يجعلهم يعتمدون عليها، ولكن يمكنهم أيضًا الاستغناء عن العديد من الجينات. لكن Amoebophrya ceratii لم تتبع هذا المسار. يقول أوي جون: "في هذا النوع، تعمل جميع العمليات الأيضية تقريبًا بحيث تكون قادرة على التأقلم من تلقاء نفسها". ويفعل ذلك باستخدام جينوم أصغر بكثير من أي دينوفلاجيلات أخرى.

لقد أدى هذا التخفيض إلى حد كبير بشكل خاص في ذلك الجزء من الجينوم الذي يقع خارج نواة الخلية. في النباتات والطحالب، لا يوجد الحمض النووي في الميتوكوندريا فحسب، بل أيضًا في البلاستيدات التي تحتاجها لعملية التمثيل الضوئي. الجينوم الخاص بهم عادة ما يكون صغيرًا جدًا ويحتوي على الدينوفلاجيلات ويتكون من 14 جينًا فقط. ومع ذلك، يبدو أن الأميبوفريا سيراتي قد أبطلت البلاستيدات بالكامل، باستثناء جيناتها.

والأمر الأكثر إثارة هو برنامج التقشف الذي فرضه الطفيلي على الميتوكوندريا. في علاقته، لا يزال هناك ثلاثة جينات في الحمض النووي لمحطات توليد الطاقة ذات الخلايا الصغيرة. يبدو أن Amoebophrya ceratii قد أنقذ جينوم الميتوكوندريا بأكمله. وعلى الرغم من كل أعمال البحث الدقيقة، لم يعثر الفريق على أي أثر له. يبدو أن اثنين من الجينات قد اختفيا، والثالث، السيتوكروم سي أوكسيديز 1 (COX1 أو COI)، قد هاجر إلى النواة. يقول أوي جون: "لقد أدهشني ذلك حقًا، لأنه حتى الآن لا يوجد كائن آخر معروف يتنفس الأكسجين ولا يمتلك مادته الوراثية الخاصة في الميتوكوندريا".

قد يكون هذا التقشف مفيدًا إذا كانت الطفيليات موجودة يجب أن تخلق بسرعة العديد من جراثيم الديناصورات الجديدة. يقول أوي جون: "قد يكون من الأكثر فعالية تنظيم جميع العمليات عبر النواة". "لذلك ربما يمكن استخدام موارد المضيف بأفضل طريقة ممكنة." ومع ذلك، لن يتم تحقيق أي مكاسب إذا انهارت إمدادات الطاقة. ولكن لا يبدو أن الخطر موجود: فالميتوكوندريا تعمل بشكل جيد في جميع مراحل الحياة وتسمح للديناصورات بالبحث عن مضيفها حتى بالسباحة السريعة. يقول أوي جون: "ربما وجدت هذه الطفيليات طريقتها الخاصة لتوليد الطاقة". "إنها لا تحتاج إلا إلى جزء من مجمعات البروتين الخمسة المعروفة الموجودة في جميع أنحاء الميتوكوندريا لدى البشر وجميع الحيوانات لإنتاج الطاقة."

ويأمل الباحثون أن تساعد هذه النتائج على فهم أفضل لتطور الدينوفلاجيلات وخصائصها. الأقارب ككل. سيكون هذا أيضًا مثيرًا للاهتمام لأن قرابة هذه الطحالب تشمل أيضًا طفيليات أخرى والعوامل المسببة لأمراض مثل الملاريا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن توفر النتائج رؤى جديدة حول تاريخ الميتوكوندريا والبلاستيدات. كلاهما كانا في الأصل كائنات مستقلة ابتلعتها كائنات أخرى أحادية الخلية منذ زمن سحيق وعاشت فيهما فيما يسمى بالتعايش الداخلي. وبمرور الوقت، قلصت مادتها الجينية وأصبحت تقدم الخدمة للخلايا التي لم تعد قادرة على البقاء بمفردها. ومع ذلك، فقد أدى هذا التطور إلى وصول الأميبوفريا سيراتي إلى أقصى الحدود، كما حرم معايشتها الداخلية من بقايا استقلالها الجيني.