"نیروگاه" بدون DNA

May 27, 2019 جلبک‌های گروه داینوفلاژل‌ها مواد ژنتیکی خود را به شیوه‌ای غیرمعمول سازماندهی کرده‌اند

سلول‌های بیشتر موجودات زنده دارای ساختارهای ویژه‌ای هستند که مسئول تولید انرژی هستند. این به اصطلاح میتوکندری معمولاً ژنوم خاص خود را دارند، علاوه بر ژنوم موجود در هسته. اووه جان از موسسه آلفرد وگنر (AWI) و همکارانش اکنون استثنایی منحصر به فرد را در یک انگل تک سلولی کشف کرده اند. تیم تحقیقاتی در مجله Science Advances گزارش می دهد که میتوکندری دینوفلاژلات Amoebophrya ceratii حتی بدون مواد ژنتیکی خود نیز به درستی عمل می کند.

داینوفلاژله ها بخش بزرگی از پلانکتون ها را در دریاها تشکیل می دهند. حدود نیمی از حدود دو هزار گونه شناخته شده مانند گیاهان فتوسنتز می کنند، بقیه به صورت درنده زندگی می کنند یا بسته به پیشنهاد، بین رژیم های غذایی مختلف تغییر می کنند. و در نهایت، این گروه جلبک همه کاره انگل نیز در ردیف خود دارد. با چنین تیمی، تیم اطراف اووه جان اکنون نگاهی به ژنوم انداخته اند - و شگفتی را تجربه کرده اند.

محققان شیء مورد مطالعه خود را در سلول های دیگر داینوفلاژل های جنس Alexandrium یافته اند. این شامل چندین گونه است که تمایل به تشکیل شکوفه های جلبکی سمی در توسعه های انبوه دارند. فرش‌های کامل این موجودات تک سلولی گاهی در آب می‌چرخد و سم عصبی ساکسی توکسین تولید می‌کند که برای انسان نیز خطرناک است. اما انگل‌هایی وجود دارند که می‌توانند جلوی چنین شکوفه‌های جلبکی را بگیرند. این موجودات شامل گونه‌ای به نام Amoebophrya ceratii است که تمرکز مطالعه فعلی بود. اووه جان توضیح می‌دهد: «این موجودات تک سلولی در آب به عنوان دایناسپور شنا می‌کنند تا زمانی که میزبان خود را پیدا کنند. وقتی زمانش فرا می رسد، خود را به قربانی خود می چسبانند، به داخل آن نفوذ می کنند و آن را از درون به بالا می خورند. آنها بزرگتر و بزرگتر می شوند و یک مرحله با هسته های سلولی زیادی تشکیل می دهند. مانند یک کرم، در نهایت از میزبان مرده خارج می شود و به 200 تا 400 خار دایناسور جدید می شکند. چنین چرخه ای از عفونت تنها سه تا چهار روز طول می کشد و می تواند جمعیت های الکساندریوم را به شدت تحت تاثیر قرار دهد.

این تیم ژنوم فاتح Giftalgen را که از حدود 100 میلیون جفت پایه تشکیل شده است، توالی یابی کرده اند. این برای یک داینوفلاژل بسیار کم است. در حال حاضر، یک ژنوم کوچک برای یک انگل چیز خاصی نیست. بسیاری از پیروان این سبک زندگی تمام متابولیت های لازم برای بقا را خودشان تولید نمی کنند، بلکه از میزبان خود استفاده می کنند. این باعث می شود آنها به اینها وابسته باشند، اما می توانند بدون ژن های زیادی نیز انجام دهند. اما Amoebophrya ceratii این مسیر را دنبال نکرد. اووه جان می‌گوید: «در این گونه، تقریباً تمام فرآیندهای متابولیک به‌گونه‌ای عمل می‌کنند که آن‌ها باید بتوانند به تنهایی با آن مقابله کنند». و این کار را با ژنومی بسیار کوچکتر از هر دینوفلاژل دیگری انجام می دهد.

این کاهش را به ویژه در آن قسمت از ژنوم که خارج از هسته سلول قرار دارد، به جلو برده است. در گیاهان و جلبک ها، DNA نه تنها در میتوکندری بلکه در پلاستیدهایی که برای فتوسنتز به آنها نیاز دارند نیز یافت می شود. ژنوم آنها به طور کلی با داینوفلاژلات ها بسیار کوچک است و فقط از 14 ژن تشکیل شده است. با این حال، به نظر می رسد که Amoebophrya ceratii پلاستیدها و به استثنای یک استثنا، ژن های آنها را کاملاً از بین برده است.

حتی دیدنی تر، برنامه ریاضتی است که این انگل بر روی میتوکندری خود اعمال کرده است. در رابطه او هنوز سه ژن در DNA این نیروگاه های سلولی کوچک وجود دارد. Amoebophrya ceratii ظاهراً کل ژنوم میتوکندری را نجات داده است. علیرغم همه جستجوهای دقیق، تیم هیچ اثری از آن پیدا نکرد. ظاهراً دو ژن ناپدید شده اند، ژن سوم، سیتوکروم c اکسیداز 1 (COX1 یا COI)، به درون هسته مهاجرت کرده است. اووه جان می‌گوید: «این واقعاً من را شگفت‌زده کرد، زیرا تا کنون هیچ موجود تنفس‌دار اکسیژن دیگری که ماده ژنتیکی خود را در میتوکندری‌هایش نداشته باشد، شناخته نشده است.»

این ریاضت می‌تواند برای انگل‌ها مفید باشد. باید به سرعت تعداد زیادی هاگ دایناسور جدید ایجاد کرد. اووه جان می گوید: «تنظیم همه فرآیندها از طریق هسته ممکن است مؤثرتر باشد. بنابراین احتمالاً می توان از منابع میزبان به بهترین شکل ممکن استفاده کرد. با این حال، اگر عرضه انرژی از بین برود، چیزی به دست نخواهد آمد. اما به نظر می رسد این خطر وجود ندارد: میتوکندری ها در تمام مراحل زندگی به خوبی کار می کنند و به دایناسورها اجازه می دهند که میزبان جستجو کنند، حتی شنای سریع. اووه جان می گوید: «این انگل ها احتمالاً راه خود را برای تولید انرژی پیدا کرده اند. آنها برای تولید انرژی تنها به بخشی از پنج مجتمع پروتئینی شناخته شده که در سراسر میتوکندری انسان و همه حیوانات یافت می شوند نیاز دارند. بستگان در کل این نیز جالب خواهد بود زیرا خویشاوندی این جلبک ها شامل سایر انگل ها و عوامل ایجاد کننده بیماری هایی مانند مالاریا نیز می شود. علاوه بر این، نتایج می تواند بینش جدیدی در مورد تاریخچه میتوکندری و پلاستیدها ارائه دهد. هر دو در اصل موجودات مستقلی بودند که از زمان های بسیار قدیم توسط موجودات تک سلولی دیگر بلعیده شدند و به عنوان به اصطلاح درون همزیستی در آنها زندگی می کردند. با گذشت زمان، آنها مواد ژنتیکی خود را کوچک کرده اند و به ارائه دهندگان خدمات سلول هایی تبدیل شده اند که دیگر به تنهایی قابل دوام نیستند. با این حال، این پیشرفت، Amoebophrya ceratii را به افراط کشیده و همزیستی درونی آن را از بقایای استقلال ژنتیکی خود محروم کرده است.