DNA'sız “enerji santrali”

May 27, 2019 Dinoflagellatlar grubuna ait algler, genetik materyallerini alışılmadık bir şekilde düzenlemişlerdir

Çoğu canlının hücreleri, enerji üretiminden sorumlu özel yapılara sahiptir. Mitokondri olarak adlandırılan bu hücrelerin, çekirdektekine ek olarak genellikle kendi genomları da vardır. Alfred Wegener Enstitüsü'nden (AWI) Uwe John ve meslektaşları, tek hücreli bir parazitte şimdiye kadar benzersiz bir istisnayı ortaya çıkardılar. Science Advances dergisindeki ekibin raporuna göre dinoflagellat Amoebophrya ceratii'nin mitokondrileri kendi genetik materyalleri olmadan bile düzgün çalışıyor gibi görünüyor.

Dinoflagellatlar denizlerdeki planktonun büyük bir bölümünü oluşturuyor. Bilinen yaklaşık iki bin türün yaklaşık yarısı bitkiler gibi fotosentez yapar, diğerleri yırtıcı olarak yaşar veya teklife göre farklı beslenme biçimleri arasında geçiş yapar. Ve son olarak, bu çok yönlü alg grubunun saflarında parazitler de var. Böyle bir ekiple, Uwe John'un etrafındaki ekip artık genomu inceledi ve bir sürprizle karşılaştı.

Araştırmacılar çalışma nesnesini Alexandrium cinsinin diğer dinoflagellatlarının hücreleri içinde buldular. Bu, kitlesel gelişimlerde toksik alg çoğalmaları oluşturma eğiliminde olan çeşitli türleri içerir. Bu tek hücreli organizmaların halıları bazen suda sürüklenir ve insanlar için de tehlikeli olan sinir zehri saksitoksin üretir. Ancak bu tür alg çoğalmalarına neden olabilecek parazitler var. Bunlar arasında, mevcut çalışmanın odak noktası olan Amoebophrya ceratii adı verilen bir tür de yer alıyor.

Uwe John, "Bu tek hücreli organizmalar, konakçılarını bulana kadar dinosporlar olarak adlandırılan suda yüzüyorlar" diye açıklıyor. Zamanı gelince kurbanlarına bağlanırlar, içine girip onu içeriden yerler. Gittikçe büyüyorlar ve birçok hücre çekirdeğinin bulunduğu bir aşama oluşturuyorlar. Bir solucan gibi, sonunda ölü konakçıdan dışarı çıkıyor ve 200 ila 400 yeni dinozor dikenine giriyor. Böyle bir enfeksiyon döngüsü yalnızca üç ila dört gün sürer ve Alexandrium popülasyonunu büyük ölçüde etkileyebilir.

Ekip, yaklaşık 100 milyon baz çiftinden oluşan Giftalgen fatihinin genomunu sıraladı. Bu bir dinoflagellat için çok az. Bir parazit için küçük bir genomun özel bir tarafı yoktur. Bu yaşam tarzının pek çok takipçisi, hayatta kalmak için gerekli tüm metabolitleri kendileri üretmez, ancak konakçılarını kullanır. Bu onları bunlara bağımlı hale getirir, ancak çok fazla gen olmadan da yapabilirler. Ancak Amoebophrya ceratii bu yolu izlemedi. Uwe John, "Bu türde neredeyse tüm metabolik süreçler, kendi başlarına başa çıkabilmelerini sağlayacak şekilde çalışıyor" diyor. Ve bunu diğer herhangi bir dinoflagellattan çok daha küçük bir genomla yapıyor.

Bu azalmayı özellikle genomun hücre çekirdeğinin dışında kalan kısmında çok ileri götürdü. Bitkilerde ve alglerde DNA, yalnızca mitokondride değil aynı zamanda fotosentez için ihtiyaç duydukları plastidlerde de bulunur. Genomları genellikle dinoflagellatlarla oldukça küçüktür ve yalnızca 14 genden oluşur. Ancak Amoebophrya ceratii, plastidleri ve bir istisna dışında genlerini tamamen ortadan kaldırmış gibi görünüyor.

Daha da muhteşem olanı, parazitin mitokondrisine dayattığı kemer sıkma programıdır. İlişkisinde, bu küçük hücreli enerji santrallerinin DNA'sında hala üç gen var. Görünüşe göre Amoebophrya ceratii mitokondriyal genomun tamamını kurtardı. Ekip, tüm titiz arama çalışmasına rağmen hiçbir ize rastlamadı. Görünüşe göre iki gen ortadan kaybolmuş, üçüncüsü olan sitokrom c oksidaz 1 (COX1 veya COI) çekirdeğe göç etmiştir. "Bu beni gerçekten şaşırttı" diyor Uwe John, "çünkü şu ana kadar mitokondrisinde kendi genetik materyaline sahip olmayan, oksijen soluyan başka bir canlı bilinmiyor."

Bu kemer sıkma yöntemi, parazitlerin hızla birçok yeni dinozor sporu yaratmamız gerekiyor. Uwe John, "Tüm süreçleri çekirdek aracılığıyla düzenlemek daha etkili olabilir" diyor. "Yani muhtemelen sunucunun kaynakları mümkün olan en iyi şekilde kullanılabilir." Ancak enerji arzı çökerse hiçbir şey kazanılamaz. Ancak tehlike mevcut gibi görünmüyor: Mitokondri yaşamın her aşamasında iyi çalışır ve dinozorların konakçı aramasına hatta hızlı bir yüzmeye bile izin verir. Uwe John, "Bu parazitler muhtemelen enerji üretmenin kendi yolunu bulmuşlardır" diyor. "Enerji üretmek için insanların ve tüm hayvanların mitokondrilerinde bulunan bilinen beş protein kompleksinin yalnızca bir kısmına ihtiyaç duyuyorlar."

Araştırmacılar bu bulguların dinoflagellatların ve onların evriminin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olacağını umuyorlar. bir bütün olarak akrabalar. Bu aynı zamanda ilginç olurdu çünkü bu alglerin akrabalığı aynı zamanda diğer parazitleri ve sıtma gibi hastalıklara neden olan ajanları da içeriyor. Ek olarak, sonuçlar mitokondri ve plastidlerin tarihine dair yeni bilgiler sağlayabilir. Her ikisi de aslında çok eski zamanlardan beri diğer tek hücreli organizmalar tarafından yutulan ve endosembiyoz ortakları olarak adlandırılan bu organizmaların içinde yaşayan bağımsız yaratıklardı. Zamanla genetik materyallerini küçülttüler ve artık tek başına yaşayamayan hücrelerin hizmet sağlayıcıları haline geldiler. Ancak bu gelişme Amoebophrya ceratii'yi aşırı uçlara götürdü ve aynı zamanda onun endosembiyoz ortaklarını genetik özerkliklerinin kalıntılarından mahrum bıraktı.