"Kraftverk" uten DNA

May 27, 2019 Alger fra gruppen dinoflagellater har organisert arvestoffet sitt på en uvanlig måte

Cellene til de fleste levende ting har spesielle strukturer som er ansvarlige for energiproduksjonen. Disse såkalte mitokondriene har vanligvis sitt eget genom, i tillegg til det i kjernen. Uwe John fra Alfred Wegener Institute (AWI) og hans kolleger har nå avdekket et hittil unikt unntak i en encellet parasitt. Mitokondriene til dinoflagellaten Amoebophrya ceratii ser ut til å fungere skikkelig selv uten sitt eget genetiske materiale, rapporterer teamet i tidsskriftet Science Advances.

Dinoflagellater utgjør en stor del av planktonet i havet. Omtrent halvparten av de rundt to tusen kjente artene praktiserer fotosyntese som planter, andre lever rovdyr eller, avhengig av tilbudet, bytter mellom ulike dietter. Og til slutt, denne allsidige algegruppen har også parasitter i sine rekker. Med et slikt team har teamet rundt Uwe John nå tatt en titt på genomet – og opplevd en overraskelse.

Forskerne har funnet studieobjektet sitt i cellene til andre dinoflagellater av slekten Alexandrium. Dette inkluderer flere arter som har en tendens til å danne giftige algeoppblomstringer i masseutbygginger. Hele tepper fra disse encellede organismene driver noen ganger i vannet og produserer nervegiften saksitoksin, som også er farlig for mennesker. Men det finnes parasitter som kan demme opp for slike algeoppblomstringer. Disse inkluderer en art kalt Amoebophrya ceratii, som var fokus for den nåværende studien.

"Disse encellede organismene svømmer gjennom vannet som såkalte dinosporer til de finner verten," forklarer Uwe John. Når tiden kommer, fester de seg til offeret, trenger inn i dette og spiser det fra innsiden og opp. De blir større og større og danner et stadium med mange cellekjerner. Som en orm kryper den til slutt ut av den døde verten og bryter inn i 200 til 400 nye dinosaurrygger. En slik infeksjonssyklus varer bare i tre til fire dager og kan påvirke Alexandrium-populasjonene massivt.

Teamet har sekvensert genomet til Giftalgen-erobreren, som består av rundt 100 millioner basepar. Det er veldig lite for en dinoflagellat. Nå er et lite genom for en parasitt ikke noe spesielt. Mange tilhengere av denne livsstilen produserer ikke alle metabolittene som er nødvendige for å overleve selv, men bruker vertene sine. Dette gjør dem avhengige av disse, men kan også klare seg uten mange gener. Men Amoebophrya ceratii fulgte ikke denne veien. – Hos denne arten fungerer nesten alle metabolske prosesser slik at de skal kunne klare seg selv, sier Uwe John. Og det gjør den med et mye mindre genom enn noe annet dinoflagellat.

Det har drevet denne reduksjonen spesielt langt i den delen av genomet som ligger utenfor cellekjernen. I planter og alger finnes DNA ikke bare i mitokondriene, men også i plastidene som de trenger for fotosyntesen. Genomet deres er generelt ganske lite med dinoflagellater og består av bare 14 gener. Amoebophrya ceratii ser imidlertid ut til å ha fullstendig avskaffet plastidene og, med ett unntak, genene deres.

Enda mer spektakulært er kurs som parasitten har pålagt mitokondriene sine. I forholdet hans er det fortsatt tre gener i DNAet til disse småcellekraftverkene. Amoebophrya ceratii har tilsynelatende reddet hele mitokondrie-genomet. Til tross for alt det grundige søkearbeidet fant teamet ingen spor etter det. To gener har tilsynelatende forsvunnet, det tredje, cytokrom c oksidase 1 (COX1 eller COI), har migrert inn i kjernen. "Det overrasket meg virkelig," sier Uwe John, "fordi så langt er ingen annen oksygenpustende skapning kjent som ikke har sitt eget genetiske materiale i mitokondriene."

Denne innstramningen kan være nyttig hvis parasittene må raskt lage mange nye dinosaursporer. "Det kan være mer effektivt å regulere alle prosesser via kjernen," sier Uwe John. "Så sannsynligvis kan ressursene til verten brukes på best mulig måte." Det ville imidlertid ikke vært noe å vinne om energiforsyningen kollapset. Men faren ser ikke ut til å eksistere: Mitokondriene fungerer godt i alle stadier av livet og lar dinosaurene på vertssøk selv en rask svømmetur. "Disse parasittene har sannsynligvis funnet sin egen måte å generere energi på," sier Uwe John. "De krever bare en del av de fem kjente proteinkompleksene som finnes i mitokondriene til mennesker og alle dyr for å produsere energi."

Forskerne håper at disse funnene vil bidra til å bedre forstå utviklingen av dinoflagellater og deres slektninger som helhet. Det ville også vært interessant fordi slektskapet til disse algene også inkluderer andre parasitter og årsakene til sykdommer som malaria. I tillegg kan resultatene gi ny innsikt i historien til mitokondrier og plastider. Begge var opprinnelig uavhengige skapninger som ble svelget av andre encellede organismer i uminnelige tider og levde videre i dem som såkalte endosymbionter. Over tid har de krympet genetisk materiale og blitt tjenesteleverandører av celler som ikke lenger er levedyktige alene. Denne utviklingen har imidlertid tatt Amoebophrya ceratii til ekstremer og har også fratatt dens endosymbionts restene av deres genetiske autonomi.