A krio-elektron tomográfia betekintést nyújtott egy újonnan tenyésztett Asgard archeon sejtszerkezetébe, amely itt látható. Figyelemre méltóak a kiterjedt aktin citoszkeleton filamentumok (narancssárga) a sejttestekben és a sejtnyúlványokban, valamint az egyedi sejtburok (kék). Köszönetnyilvánítás: © Margot Riggi, The Animation Lab, University of Utah
A Bécsi Egyetem és az ETH Zürich kutatói „hiányzó láncszemet” tenyésztenek.
Mi vezetett összetett organizmusok megjelenéséhez a Földön? Ez egy jelentős megválaszolatlan kérdés a biológiában. Christa Schleper csapatának kutatói a Bécsi Egyetem és Martin Pilhofer csapata at ETH Zürich tettek egy lépést a megoldása felé. A tudósoknak sikerült egy különleges archeont tenyészteni és mikroszkópos módszerekkel pontosabban jellemezniük.
Az Asgard archaea ezen tagja egyedülálló sejtjellemzőket mutat, és evolúciós „hiányzó láncszem” lehet a bonyolultabb életformákhoz, például állatokhoz és növényekhez. A tanulmány nemrég jelent meg a folyóiratban Természet.
A Földön minden életforma három nagy területre oszlik: eukarióták, baktériumok és archaeák. Az eukarióták közé tartoznak az állatok, növények és gombák csoportjai. Sejtjeik általában sokkal nagyobbak és első pillantásra összetettebbek is, mint a baktériumok és az archaeák sejtjei. Az eukarióták genetikai anyaga például egy sejtmagba van csomagolva, és a sejteknek számos egyéb kompartmentje is van. A sejt alakja és az eukarióta sejten belüli szállítása szintén kiterjedt citoszkeletonon alapul. De hogyan történt az evolúciós ugrás az ilyen összetett eukarióta sejtek felé?
Az egyik jelenleg legnépszerűbb evolúciós elmélet azt feltételezi, hogy az eukarióták (beleértve az állatokat, növényeket és gombákat is) egy Asgard archeon és egy baktérium fúziójából keletkeztek. Jóváírás: © Florian Wollweber, ETH Zürich
A legtöbb jelenlegi modell azt feltételezi, hogy az archaeák és a baktériumok központi szerepet játszottak az eukarióták evolúciójában. Úgy gondolják, hogy egy eukarióta őssejt az archaeák és a baktériumok közötti szoros szimbiózisból fejlődött ki körülbelül kétmilliárd évvel ezelőtt. 2015-ben a mélytengeri környezeti minták genomikai vizsgálata során felfedezték az úgynevezett Asgard archaeák csoportját, amelyek az életfán az eukarióták legközelebbi rokonait képviselik. Az Asgard sejtekről készült első képeket 2020-ban tette közzé egy japán csoport dúsító tenyészetekből.
Asgard archea tengeri üledékekből termesztett
Christa Schleper munkacsoportja a Bécsi Egyetemen most először sikerült nagyobb koncentrációban kinevelnie ennek a csoportnak a képviselőjét. A szlovéniai Piran partvidékéről származó tengeri üledékekből származik, de Bécs lakója is, például a Duna-parti üledékekben. A nagy sejtsűrűségig terjedő növekedése miatt ez a képviselő különösen jól tanulmányozható. „Nagyon körülményes és munkaigényes volt ezt a rendkívül érzékeny szervezetet stabil tenyészetben laboratóriumban előállítani” – számol be Thiago Rodrigues-Oliveira, a Bécsi Egyetem Archaea munkacsoportjának posztdoktora és a tanulmány egyik első szerzője.
Az első társszerző, Rafael Ponce tengeri üledékből vett mintát a Seca-csatornánál, Piranban, Szlovéniában. Köszönet: © Thiago Rodrigues-Oliveira, Univ. Wien
Az Asgard archaeák összetett sejtformájúak, kiterjedt citoszkeletonnal
A bécsi csoport figyelemre méltó sikere egy igen gazdag asgardi képviselő tenyésztésében végül lehetővé tette a sejtek részletesebb mikroszkópos vizsgálatát. Martin Pilhofer csoportjának ETH-kutatói modern krioelektronmikroszkóp segítségével készítettek képeket sokkhatástól lefagyott sejtekről. "Ez a módszer lehetővé teszi a háromdimenziós betekintést a belső sejtszerkezetekbe" - magyarázza Pilhofer.
Pásztázó elektronmikroszkópos felvétel egy Lokiarchaeum ossiferum sejtről, amely a hosszú és összetett sejtnyúlványokat mutatja. Köszönet: © Thiago Rodrigues-Oliveira, Univ. Wien
„A sejtek kerek sejttestekből állnak, vékony, néha nagyon hosszú sejtnyúlványokkal. Ezek a csápszerű struktúrák néha úgy tűnik, hogy összekapcsolják a különböző sejttesteket” – mondja Florian Wollweber, aki hónapokat töltött a sejtek mikroszkóp alatti felkutatásával. A sejtek kiterjedt aktinfilamentum-hálózatot is tartalmaznak, amelyről úgy gondolják, hogy egyedülálló az eukarióta sejtekben. Ez arra utal, hogy kiterjedt citoszkeletális struktúrák keletkeztek az archaeákban az első eukarióták megjelenése előtt, és az evolúciós elméleteket táplálják az élettörténet ezen fontos és látványos eseménye körül.
Jövőbeli betekintés az új modellszervezeten keresztül
„Új szervezetünk, a Lokiarchaeum ossiferum nagy lehetőségeket rejt magában, hogy további úttörő betekintést nyújtson az eukarióták korai evolúciójába” – magyarázza Christa Schleper mikrobiológus. „Hat hosszú évbe telt egy stabil és rendkívül gazdag kultúra kialakítása, de most ezt a tapasztalatot felhasználhatjuk számos biokémiai vizsgálat elvégzésére és más Asgard archeák termesztésére is.” Emellett a tudósok az ETH-nál kifejlesztett új képalkotó módszereket használhatják például az Asgard archaea és bakteriális partnereik közötti szoros kölcsönhatások vizsgálatára. A jövőben az alapvető sejtbiológiai folyamatokat, például a sejtosztódást is lehet tanulmányozni, hogy megvilágítsuk e mechanizmusok evolúciós eredetét az eukariótákban.
Hivatkozás: Thiago Rodrigues-Oliveira, Florian Wollweber, Rafael I. Ponce-Toledo, Jingwei Xu, Simon K.-MR Rittmann, Andreas Klingl, Martin Pilhofer és Christa Schleper „Aktin citoszkeleton és komplex sejtarchitektúra egy Asgard archaeonban” 21. december, Természet.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05550-y
