„Електрана” без ДНК

May 27, 2019 Алге из групе динофлагелата су на необичан начин организовале свој генетски материјал

Ћелије већине живих бића имају посебне структуре које су одговорне за производњу енергије. Ове такозване митохондрије обично имају свој геном, поред оног у језгру. Уве Џон са Института Алфред Вегенер (АВИ) и његове колеге сада су открили до сада јединствен изузетак у једноћелијском паразиту. Чини се да митохондрије динофлагелате Амоебопхриа цератии правилно функционишу чак и без сопственог генетског материјала, извештава тим у часопису Сциенце Адванцес.

Динофлагелати чине велики део планктона у морима. Отприлике половина од око две хиљаде познатих врста практикује фотосинтезу попут биљака, друге живе грабежљиво или, у зависности од понуде, прелазе са једне на другу исхрану. И на крају, ова свестрана група алги такође има паразите у својим редовима. Са таквим тимом, тим око Уве Џона је сада бацио поглед на геном - и доживео изненађење.

Истраживачи су пронашли свој предмет проучавања у ћелијама других динофлагелата из рода Алекандриум. Ово укључује неколико врста које имају тенденцију да формирају токсично цветање алги у масовном развоју. Читави теписи ових једноћелијских организама понекад плутају у води и производе нервни отров сакситоксин, који је опасан и за људе. Али постоје паразити који могу зауставити такво цветање алги. То укључује врсту под називом Амоебопхриа цератии, која је била у фокусу тренутне студије.

„Ови једноћелијски организми пливају кроз воду као такозване диноспоре док не нађу свог домаћина“, објашњава Уве Џон. Када дође време, они се вежу за своју жртву, продиру у ово и једу је изнутра према горе. Они постају све већи и већи и формирају позорницу са много ћелијских језгара. Попут црва, коначно испузи из мртвог домаћина и разбије се на 200 до 400 нових бодљи диносауруса. Такав циклус инфекције траје само три до четири дана и може масовно да утиче на популацију Александријума.

Тим је секвенцирао геном освајача Гифталгена, који се састоји од око 100 милиона парова база. То је врло мало за динофлагелате. Сада, мали геном за паразита није ништа посебно. Многи следбеници овог начина живота не производе сами све метаболите неопходне за преживљавање, већ користе своје домаћине. То их чини зависним од њих, али могу и без многих гена. Али Амоебопхриа цератии није ишла овим путем. „Код ове врсте, скоро сви метаболички процеси функционишу тако да би требало да буду у стању да се сами носе“, каже Уве Џон. И то ради са много мањим геномом од било ког другог динофлагелата.

Ово је смањило посебно далеко у оном делу генома који се налази изван језгра ћелије. У биљкама и алгама, ДНК се налази не само у митохондријима већ иу пластидима који су им потребни за фотосинтезу. Њихов геном је генерално прилично мали са динофлагелатима и састоји се од само 14 гена. Амоебопхриа цератии је, међутим, изгледа потпуно укинула пластиде и, са једним изузетком, њихове гене.

Још спектакуларнији је програм штедње који је паразит наметнуо својим митохондријама. У његовој вези још увек постоје три гена у ДНК ових малих ћелијских електрана. Амоебопхриа цератии је очигледно спасила цео митохондријски геном. Упркос свем педантно траженом раду, тим није нашао ни трага томе. Два гена су очигледно нестала, трећи, цитокром ц оксидаза 1 (ЦОКС1 или ЦОИ), мигрирао је у језгро. „То ме је заиста изненадило“, каже Уве Џон, „јер до сада није познато ниједно друго створење које дише кисеоник и које нема сопствени генетски материјал у својим митохондријама.“

Ова штедња би могла да буде од користи ако паразити морају брзо створити много нових спора диносауруса. „Можда би било ефикасније регулисати све процесе преко језгра“, каже Уве Џон. „Тако да се вероватно ресурси домаћина могу искористити на најбољи могући начин.“ Међутим, ништа се не би добило ако би дошло до колапса снабдевања енергијом. Али изгледа да опасност не постоји: митохондрије добро функционишу у свим фазама живота и омогућавају диносаурусима у потрази за домаћином чак и брзо пливање. „Ови паразити су вероватно пронашли свој начин да генеришу енергију“, каже Уве Џон. „Потребан им је само део од пет познатих протеинских комплекса који се налазе у митохондријама људи и свих животиња да би произвели енергију.“

Истраживачи се надају да ће ови налази помоћи да се боље разуме еволуција динофлагелата и њихових сродника у целини. То би такође било занимљиво јер сродство ових алги укључује и друге паразите и узрочнике болести попут маларије. Поред тога, резултати би могли пружити нови увид у историју митохондрија и пластида. Обојица су првобитно била независна створења која су од памтивека прогутали други једноћелијски организми и живели у њима као такозвани ендосимбиоти. Временом су смањили свој генетски материјал и постали пружаоци услуга ћелија које више нису одрживе саме. Овај развој је, међутим, довео Амоебопхриа цератии до крајности и такође је лишио њене ендосимбионте остатака њихове генетске аутономије.