© Watercolor image of a healthy dinoflagellate Alexandrium (left) and one affected by Amoebophrya (right), (c) Yameng Lu
© Watercolor image of a healthy dinoflagellate Alexandrium (top right), one of Amoebophrya infested (left) and the worm-shaped parasite that breaks through the cell wall of the host (bottom right), (c) Yameng Lu
© A healthy dinoflagellate of the genus Alexandrium, (c) Yameng Lu
© Alexandrium infested by Amoebophrya, (c) Yameng Lu
„Erőmű” DNS nélkül
May 27, 2019
A dinoflagellaták csoportjába tartozó algák szokatlan módon szervezték meg genetikai anyagukat
A legtöbb élőlény sejtje speciális szerkezettel rendelkezik, amelyek felelősek az energiatermelésért. Ezeknek az úgynevezett mitokondriumoknak általában saját genomjuk van, a sejtmag mellett. Uwe John, az Alfred Wegener Institute (AWI) munkatársa és munkatársai most egy eddig egyedülálló kivételt fedeztek fel egy egysejtű parazitában. Úgy tűnik, hogy az Amoebophrya ceratii dinoflagelláta mitokondriumai saját genetikai anyaguk nélkül is megfelelően működnek – számol be a csapat a Science Advances folyóiratban.
A tengerekben található planktonok nagy részét a dinoflagellátok teszik ki. A mintegy kétezer ismert faj mintegy fele a növényekhez hasonlóan fotoszintézist folytat, mások ragadozóként élnek, vagy a kínálattól függően váltanak a különböző étrendek között. És végül ennek a sokoldalú algacsoportnak is vannak soraiban élősködők. Egy ilyen csapattal az Uwe John körüli csapat most egy pillantást vet a genomra – és meglepetést tapasztalt.
A kutatók az Alexandrium nemzetség más dinoflagellátjainak sejtjeiben találták meg tanulmányi tárgyukat. Ez számos olyan fajt foglal magában, amelyek tömeges fejlődés során mérgező algavirágzást hoznak létre. Ezekből az egysejtű szervezetekből származó egész szőnyegek időnként sodródnak a vízben, és idegméreg szaxitoxint termelnek, amely az emberre is veszélyes. De vannak olyan paraziták, amelyek megállíthatják az ilyen algavirágzást. Ezek közé tartozik az Amoebophrya ceratii nevű faj is, amely a jelenlegi tanulmány középpontjában állt.
"Ezek az egysejtű szervezetek úgynevezett dinospórákként úsznak át a vízben, amíg meg nem találják gazdájukat" - magyarázza Uwe John. Amikor eljön az ideje, az áldozatukhoz kötődnek, behatolnak ebbe és belülről felfelé eszik meg. Egyre nagyobbak és nagyobbak, és sok sejtmaggal egy színpadot alkotnak. Mint egy féreg, végül kimászik a halott gazdából, és 200-400 új dinoszaurusz tüskéjére tör. Egy ilyen fertőzési ciklus mindössze három-négy napig tart, és masszívan érintheti az Alexandrium populációkat.
A csapat megszekvenálta a Giftalgen hódító genomját, amely körülbelül 100 millió bázispárból áll. Ez nagyon kevés egy dinoflagellate számára. Nos, egy kis genom egy parazita számára semmi különös. Ennek az életmódnak sok követője nem maga állítja elő a túléléshez szükséges összes metabolitot, hanem gazdáit használja fel. Ez függővé teszi őket ezektől, de sok gén nélkül is megtehetik. De az Amoebophrya ceratii nem ezt az utat követte. "Ennél a fajnál szinte minden anyagcsere-folyamat úgy működik, hogy képesek legyenek önállóan megbirkózni" - mondja Uwe John. És ezt jóval kisebb genommal teszi, mint bármely más dinoflagellate.
Ez a csökkenés különösen a genomnak azon a részén volt, amely a sejtmagon kívül esik. A növényekben és algákban a DNS nemcsak a mitokondriumokban található, hanem a plasztidokban is, amelyekre szükségük van a fotoszintézishez. Genomjuk általában meglehetősen kicsi dinoflagellátokkal, és mindössze 14 génből áll. Úgy tűnik azonban, hogy az Amoebophrya ceratii teljesen felszámolta a plasztidokat és egy kivétellel a génjeit.
Még látványosabb az a megszorító program, amelyet a parazita írt ki mitokondriumaira. Az ő kapcsolatában még mindig három gén található ezeknek a kissejtes erőműveknek a DNS-ében. Az Amoebophrya ceratii láthatóan megmentette a teljes mitokondriális genomot. Az aprólékos kutatási munka ellenére a csapat nem találta a nyomát. Két gén látszólag eltűnt, a harmadik, a citokróm c-oxidáz 1 (COX1 vagy COI) a sejtmagba vándorolt. „Ez nagyon meglepett – mondja Uwe John –, mert eddig nem ismert más olyan oxigént lélegző lény, amelynek ne lenne saját genetikai anyaga a mitokondriumaiban.”
Ez a megszorítás hasznos lehet, ha a paraziták. gyorsan sok új dinoszaurusz spórát kell létrehozniuk. "Hatékonyabb lehet az összes folyamatot a magon keresztül szabályozni" - mondja Uwe John. "Tehát valószínűleg a házigazda erőforrásai a lehető legjobb módon használhatók fel." Az energiaellátás összeomlásával azonban semmit sem nyernénk. De úgy tűnik, hogy a veszély nem létezik: a mitokondriumok jól működnek az élet minden szakaszában, és lehetővé teszik a gazdakeresésben lévő dinoszauruszok számára, hogy akár gyors úszást is végezzenek. "Ezek a paraziták valószínűleg megtalálták a maguk módját az energiatermelésnek" - mondja Uwe John. "Az energia előállításához az öt ismert fehérjekomplexnek csak egy részére van szükségük, amelyek az emberek és az összes állat mitokondriumában megtalálhatók."
A kutatók remélik, hogy ezek az eredmények segítenek jobban megérteni a dinoflagellátumok és azok evolúcióját. rokonok egésze. Ez azért is érdekes lenne, mert ezeknek az algáknak a rokonságába más paraziták és betegségek, például malária okozói is beletartoznak. Emellett az eredmények új betekintést nyújthatnak a mitokondriumok és a plasztidok történetébe. Mindkettő eredetileg független lény volt, amelyeket időtlen idők óta lenyeltek más egysejtűek, és úgynevezett endoszimbiontaként éltek bennük. Idővel összezsugorították genetikai anyagukat, és olyan sejtek szolgáltatóivá váltak, amelyek egyedül már nem életképesek. Ez a fejlődés azonban a végletekig vitte az Amoebophrya ceratii-t, és endoszimbiontáit is megfosztotta genetikai autonómiájuk maradványaitól.