“โรงไฟฟ้า” ไร้ DNA

May 27, 2019 สาหร่ายจากกลุ่มไดโนแฟลเจลเลตได้จัดระเบียบสารพันธุกรรมในลักษณะที่ผิดปกติ

เซลล์ของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีโครงสร้างพิเศษที่รับผิดชอบในการผลิตพลังงาน สิ่งที่เรียกว่าไมโตคอนเดรียเหล่านี้มักจะมีจีโนมของตัวเอง นอกเหนือจากนั้นในนิวเคลียส Uwe John จากสถาบัน Alfred Wegener (AWI) และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ค้นพบข้อยกเว้นที่ไม่เหมือนใครมาจนบัดนี้ในปรสิตเซลล์เดียว ทีมงานรายงานในวารสาร Science Advances

ไดโนแฟลเจลเลตประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของแพลงก์ตอนในทะเล ไมโตคอนเดรียของไดโนแฟลเจลเลต Amoebophrya ceratii ดูเหมือนจะทำงานได้อย่างถูกต้องแม้ว่าจะไม่มีสารพันธุกรรมของพวกมันเองก็ตาม ประมาณครึ่งหนึ่งของสปีชีส์ที่รู้จักประมาณสองพันสปีชีส์ฝึกฝนการสังเคราะห์ด้วยแสง เช่น พืช ชนิดอื่นๆ อาศัยสัตว์กินเนื้อเป็นอาหาร หรือสลับไปมาระหว่างอาหารที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับข้อเสนอนั้น และสุดท้าย กลุ่มสาหร่ายอเนกประสงค์นี้ก็มีปรสิตอยู่ในอันดับด้วย ด้วยทีมงานดังกล่าว ทีมงานรอบๆ อูเว จอห์น ได้ตรวจสอบจีโนม และพบกับความประหลาดใจ

นักวิจัยพบวัตถุที่ใช้ในการศึกษาของพวกเขาภายในเซลล์ของไดโนแฟลเจลเลตอื่นๆ ในสกุลอเล็กซานเดรียม ซึ่งรวมถึงสัตว์หลายชนิดที่มีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดการบานของสาหร่ายที่เป็นพิษในการพัฒนาจำนวนมาก พรมทั้งผืนจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเหล่านี้บางครั้งลอยอยู่ในน้ำและผลิตสารพิษแซซิทอกซินที่เป็นพิษต่อเส้นประสาท ซึ่งเป็นอันตรายต่อมนุษย์เช่นกัน แต่มีปรสิตที่สามารถทำให้เกิดสาหร่ายชนิดนี้ได้ ซึ่งรวมถึงสายพันธุ์ที่เรียกว่า Amoebophrya ceratii ซึ่งเป็นจุดเน้นของการศึกษา กระแสน้ำ

"สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเหล่านี้ว่ายอยู่ในน้ำที่เรียกว่าไดโนสปอร์จนกว่าพวกมันจะพบโฮสต์ของพวกมัน" อูเว จอห์น อธิบาย เมื่อถึงเวลาพวกเขาจะแนบตัวเองกับ ผู้ประสบภัย เจาะเข้าไปและกินมันจากภายในสู่ภายนอก พวกมันเริ่มใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ และก่อตัวเป็นเวทีที่มีนิวเคลียสของเซลล์จำนวนมาก เช่นเดียวกับหนอน ในที่สุดมันก็คลานออกมาจากร่างที่ตายแล้วและแตกออกเป็นกระดูกสันหลังไดโนเสาร์ใหม่ 200 ถึง 400 เส้น วงจรการติดเชื้อดังกล่าวเกิดขึ้นเพียงสามถึงสี่วันและอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อประชากรอเล็กซานเดรียม

ทีมงานได้จัดลำดับจีโนมของผู้พิชิต Giftalgen ซึ่งประกอบด้วยคู่เบสประมาณ 100 ล้านคู่ นั่นน้อยมากสำหรับไดโนแฟลเจลเลต ทีนี้ จีโนมเล็กๆ ของปรสิตก็ไม่มีอะไรพิเศษ ผู้ติดตามไลฟ์สไตล์ประเภทนี้จำนวนมากไม่ได้ผลิตสารทั้งหมดที่จำเป็นต่อการอยู่รอดด้วยตนเอง แต่ใช้โฮสต์ของพวกเขา สิ่งนี้ทำให้พวกเขาต้องพึ่งพาสิ่งเหล่านี้ แต่ก็สามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ยีนจำนวนมาก แต่ Amoebophrya ceratii ไม่ได้เดินตามเส้นทางนี้ “ในสายพันธุ์นี้ กระบวนการเผาผลาญเกือบทั้งหมดทำงานเพื่อให้สามารถรับมือได้ด้วยตัวเอง” อูเว จอห์น กล่าว และทำเช่นนั้นได้ด้วยจีโนมที่เล็กกว่าไดโนแฟลเจลเลตอื่นๆ มาก

มันขับเคลื่อนการลดลงนี้โดยเฉพาะในส่วนของจีโนมที่อยู่นอกนิวเคลียสของเซลล์ ในพืชและสาหร่าย DNA ไม่เพียงพบในไมโตคอนเดรียเท่านั้น แต่ยังพบในพลาสติดที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงด้วย จีโนมของพวกมันโดยทั่วไปมีขนาดค่อนข้างเล็กโดยมีไดโนแฟลเจลเลตและประกอบด้วยยีนเพียง 14 ยีนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม Amoebophrya ceratii ดูเหมือนว่าจะกำจัดพลาสติดออกไปโดยสิ้นเชิงและมีข้อยกเว้นประการหนึ่งคือยีนของพวกมัน

ที่น่าตื่นตาตื่นใจยิ่งกว่านั้นคือโปรแกรมเข้มงวดที่ปรสิตได้กำหนดไว้บนไมโตคอนเดรียของมัน ในความสัมพันธ์ของเขา ยังมียีนอยู่สามยีนใน DNA ของโรงไฟฟ้าเซลล์ขนาดเล็กเหล่านี้ เห็นได้ชัดว่า Amoebophrya ceratii ช่วยรักษาจีโนมไมโตคอนเดรียไว้ทั้งหมด แม้จะมีการค้นหาอย่างพิถีพิถัน แต่ทีมงานก็ไม่พบร่องรอยใดๆ เลย เห็นได้ชัดว่ามียีนสองตัวหายไป ยีนตัวที่สามคือ cytochrome c oxidase 1 (COX1 หรือ COI) ได้ย้ายเข้าสู่นิวเคลียสแล้ว "นั่นทำให้ฉันประหลาดใจมาก" อูเว จอห์นกล่าว "เพราะจนถึงขณะนี้ยังไม่มีสิ่งมีชีวิตอื่นที่ใช้ออกซิเจนหายใจได้และไม่มีสารพันธุกรรมในไมโตคอนเดรีย"

ความเข้มงวดนี้อาจมีประโยชน์หากปรสิต ต้องรีบสร้างสปอร์ไดโนเสาร์ขึ้นมาใหม่มากมาย Uwe John กล่าวว่า "การควบคุมกระบวนการทั้งหมดผ่านทางนิวเคลียสอาจมีประสิทธิผลมากกว่า" "ดังนั้นทรัพยากรของโฮสต์อาจสามารถนำมาใช้ในวิธีที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้" อย่างไรก็ตาม จะไม่มีอะไรเกิดขึ้นได้หากแหล่งพลังงานพังทลายลง แต่ดูเหมือนจะไม่มีอันตราย: ไมโตคอนเดรียทำงานได้ดีในทุกช่วงของชีวิต และปล่อยให้ไดโนเสาร์ค้นหาโฮสต์ได้แม้กระทั่งว่ายน้ำอย่างรวดเร็ว “ปรสิตเหล่านี้อาจค้นพบวิธีสร้างพลังงานของตัวเอง” Uwe John กล่าว "พวกมันต้องการเพียงส่วนหนึ่งของโปรตีนเชิงซ้อนทั้ง 5 ชนิดที่พบในไมโตคอนเดรียของมนุษย์และสัตว์ทุกชนิดเพื่อผลิตพลังงาน"

นักวิจัยหวังว่าการค้นพบนี้จะช่วยให้เข้าใจวิวัฒนาการของไดโนแฟลเจลเลตและพวกมันได้ดีขึ้น ญาติส่วนรวม. นั่นก็น่าสนใจเช่นกันเพราะความเป็นญาติกันของสาหร่ายเหล่านี้ยังรวมถึงปรสิตอื่นๆ และสาเหตุของโรค เช่น มาลาเรีย นอกจากนี้ผลลัพธ์ยังสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับประวัติของไมโตคอนเดรียและพลาสติดได้ ทั้งสองเป็นสิ่งมีชีวิตอิสระแต่เดิมถูกสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวกลืนกินมาแต่ไหนแต่ไรและอาศัยอยู่ในพวกมันที่เรียกว่าเอนโดซิมเบียน เมื่อเวลาผ่านไป พวกมันได้ลดขนาดสารพันธุกรรมลงและกลายเป็นผู้ให้บริการของเซลล์ที่ไม่สามารถดำรงอยู่ได้เพียงลำพังอีกต่อไป อย่างไรก็ตาม การพัฒนานี้ทำให้ Amoebophrya ceratii เข้าสู่ภาวะสุดโต่ง และยังทำให้เอ็นโดซิมเบียนของสิ่งมีชีวิตที่เหลืออยู่ในเอกราชทางพันธุกรรมของพวกมันถูกลิดรอน