© 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
DNA 없는 '발전소'
May 27, 2019
와편모충류에 속하는 조류는 유전 물질을 특이한 방식으로 조직했습니다.
대부분의 생명체의 세포는 에너지 생산을 담당하는 특별한 구조를 가지고 있습니다. 이러한 소위 미토콘드리아는 일반적으로 핵에 있는 게놈 외에도 자체 게놈을 가지고 있습니다. AWI(Alfred Wegener Institute)의 Uwe John과 그의 동료들은 단세포 기생충에서 지금까지 독특한 예외를 발견했습니다. 와편모충 Amoebophrya ceratii의 미토콘드리아는 자체 유전 물질이 없어도 제대로 기능하는 것으로 보인다고 Science Advances 저널에 실린 팀의 보고입니다.
와편모충은 바다 플랑크톤의 큰 부분을 차지합니다. 약 2,000종의 알려진 종 중 약 절반이 식물처럼 광합성을 하고, 다른 종들은 약탈적으로 살아가거나, 제안에 따라 다른 식단 사이를 전환합니다. 그리고 마지막으로 이 다재다능한 조류 그룹에는 기생충도 있습니다. Uwe John을 중심으로 한 팀은 이제 게놈을 조사하고 놀라움을 경험했습니다.
연구원들은 Alexandrium 속의 다른 와편모충 세포 내에서 연구 대상을 발견했습니다. 여기에는 대량 개발 시 독성 조류 번성을 형성하는 경향이 있는 여러 종이 포함됩니다. 이러한 단세포 유기체의 전체 카펫은 때때로 물에 떠다니며 인간에게도 위험한 신경 독성 물질인 삭시톡신을 생성합니다. 그러나 그러한 조류 꽃을 막을 수 있는 기생충이 있습니다. 여기에는 현재 연구의 초점이었던 Amoebophrya ceratii라는 종이 포함됩니다.
"이러한 단세포 유기체는 숙주를 찾을 때까지 소위 공룡포자로서 물 속에서 헤엄칩니다"라고 Uwe John은 설명합니다. 때가 되면 조난자 에게 달라붙어 침투해 안쪽부터 먹어치운다. 그들은 점점 더 커지고 많은 세포핵으로 구성된 무대를 형성합니다. 벌레처럼 마침내 죽은 숙주에서 기어나와 200~400개의 새로운 공룡 가시를 깨뜨립니다. 이러한 감염 주기는 3~4일만 지속되며 알렉산드리아 인구에 막대한 영향을 미칠 수 있습니다.
팀은 약 1억 염기쌍으로 구성된 기프탈겐 정복자의 게놈 서열을 분석했습니다. 와편모충의 경우 이는 매우 적은 양입니다. 이제 기생충의 작은 게놈은 특별한 것이 아닙니다. 이 생활 방식을 따르는 많은 사람들은 생존에 필요한 모든 대사 물질을 스스로 생산하지 않고 숙주를 사용합니다. 이로 인해 이들에 의존하게 되지만, 많은 유전자가 없어도 가능합니다. 그러나 Amoebophrya ceratii는 이 길을 따르지 않았습니다. "이 종에서는 거의 모든 대사 과정이 작동하므로 스스로 대처할 수 있어야 합니다"라고 Uwe John은 말합니다. 그리고 다른 와편모충류보다 훨씬 작은 게놈으로 그렇게 합니다.
이는 특히 세포핵 외부에 있는 게놈 부분에서 이러한 감소를 주도했습니다. 식물과 조류에서 DNA는 미토콘드리아뿐만 아니라 광합성에 필요한 색소체에서도 발견됩니다. 이들의 게놈은 일반적으로 와편모충류로 매우 작으며 단지 14개의 유전자로 구성됩니다. 그러나 Amoebophrya ceratii는 색소체와 한 가지 예외를 제외하고 그 유전자를 완전히 없앤 것으로 보입니다.
더욱 놀라운 것은 이 기생충이 미토콘드리아에 부과한 긴축 프로그램입니다. 그의 관계에는 이 작은 세포 발전소의 DNA에는 여전히 세 개의 유전자가 있습니다. Amoebophrya ceratii는 전체 미토콘드리아 게놈을 저장한 것으로 보입니다. 철저한 수색 작업에도 불구하고 팀은 그 흔적을 찾지 못했습니다. 두 개의 유전자가 사라진 것으로 보이며, 세 번째 유전자인 시토크롬 C 산화효소 1(COX1 또는 COI)이 핵으로 이동했습니다. Uwe John은 "정말 놀랐습니다. 왜냐하면 지금까지 미토콘드리아에 자체 유전 물질이 없는 산소로 호흡하는 생물이 알려진 바가 없기 때문입니다."
이러한 긴축은 기생충이 다음과 같은 경우에 유용할 수 있습니다. 새로운 공룡 포자를 빠르게 많이 생성해야 합니다. Uwe John은 “핵을 통해 모든 과정을 조절하는 것이 더 효과적일 수 있습니다.”라고 말했습니다. "그래서 아마도 호스트의 리소스를 최선의 방법으로 사용할 수 있을 것입니다." 그러나 에너지 공급이 붕괴되면 아무 것도 얻을 수 없습니다. 그러나 위험은 존재하지 않는 것 같습니다. 미토콘드리아는 삶의 모든 단계에서 잘 작동하며 공룡이 숙주를 탐색할 때 빠르게 헤엄칠 수도 있습니다. Uwe John은 "이 기생충들은 아마도 에너지를 생성하는 자신만의 방법을 찾았을 것입니다."라고 말했습니다. "에너지를 생산하려면 인간과 모든 동물의 미토콘드리아 전체에서 발견되는 알려진 5가지 단백질 복합체 중 일부만 필요합니다."
연구원들은 이러한 발견이 와편모충류의 진화와 그 생물을 더 잘 이해하는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다. 전체적으로 친척. 이 조류의 친척에는 다른 기생충과 말라리아와 같은 질병의 원인 물질도 포함되어 있기 때문에 이는 또한 흥미로울 것입니다. 또한 이번 결과는 미토콘드리아와 색소체의 역사에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다. 둘 다 원래 독립적인 생물이었으며, 아주 먼 옛날부터 다른 단세포 유기체에 의해 삼켜져 소위 내공생체로 살았습니다. 시간이 지남에 따라 그들은 유전 물질을 축소했으며 더 이상 혼자서는 생존할 수 없는 세포의 서비스 제공자가 되었습니다. 그러나 이러한 발달로 인해 Amoebophrya ceratii는 극단으로 치닫게 되었으며 내공생체의 유전적 자율성 잔재도 박탈당했습니다.