Dziesięć lat temu nikt nie wiedział, że Asgard Archaea nawet istniał. Jednak w 2015 r. Naukowcy badający osady głębinowe odkryli fragmenty genów, które wskazywały na nową i wcześniej nieodkrytą formę drobnoustrojów.
Dzięki pomocy komputerowej naukowcy zebrali te fragmenty, takie jak elementy zagadkowe, aby skompilować cały genom. Dopiero wtedy zdali sobie sprawę, że mają do czynienia z nieznaną wcześniej grupą Archaei.
Podobnie jak bakterie, archaea to organizmy jednokomórkowe. Genetycznie jednak istnieją znaczące różnice między dwiema domenami, szczególnie w odniesieniu do ich kopert komórkowych i procesów metabolicznych.
Po dalszych poszukiwaniach mikrobiolodzy zidentyfikowali odpowiednie organizmy, opisali je i sklasyfikowali jako osobną archeologiczną podgrupę: Asgard Archaea. Ich nazwa, zaczerpnięta z królestwa niebieskiego w mitologii nordyckiej, odwołuje się do ich pierwszego odkrycia w pobliżu zamku Lokiego-czarnego palacza na środkowej części Atlantyckiej między Norwegią a Svalbardem.
W rzeczywistości Asgard Archaea wydawał się prawie niebiwy w badaniach: okazało się, że są brakującym połączeniem między archaeą i eukariotami-to znaczy między archaeą a organizmami, których komórki zawierają jądro, takie jak rośliny i zwierzęta.
Drzewo życia z jedną gałęzią mniej
W ostatnich latach naukowcy stwierdzili rosnące wskazania bliskich powiązań między Asgardem Archaea i Eukariotes, a ten drugi mógł ewoluować od pierwszych. Podział wszystkich żywych organizmów w trzy domeny bakterii, archaea i eukariotów nie utrzymywał tego zaskakującego odkrycia.
Od tego czasu niektórzy badacze zaproponowali eukariotów jako grupy w Asgard Archaea. Zmniejszyłoby to liczbę dziedzin życia z trzech do dwóch: archaea, w tym eukariotów i bakterii.
W Eth Zurych profesor Martin Pilhofer i jego zespół są zafascynowani Asgardem Archaea i badali tajemnicze drobnoustroje od kilku lat.
W artykule opublikowanym w Nature dwa lata temu badacze ETH badali szczegóły struktury komórkowej i architektury Lokiarchaeum otssiferum. Ten Asgard Archaeon, pochodzący z osadów słonecznego kanału wodnego w Słowenii, został wyizolowany przez badaczy w laboratorium Christa Schleper na University of Wiedeń.
W tym badaniu Pilhofer i jego postoktorancy badacze Jingwei Xu i Florian Wollweber wykazali, że Lokiarchaeum Ossiferum ma pewne struktury również typowe dla eukariotów. „Znaleźliśmy białko aktyny w tym gatunku, które wydaje się bardzo podobne do białka występującego w eukariotach – i występuje w prawie wszystkich odkrytych Asgard Archaea” – mówi Pilhofer.
W pierwszym badaniu naukowcy połączyli różne techniki mikroskopii, aby wykazać, że białko to-zwane lokiactin-tworzy struktury nitkowate, szczególnie w licznych wypoczynkach podobnych do macki. „Wydaje się, że tworzą szkielet dla złożonej architektury komórkowej Asgard Archaea” – dodaje Florian Wollweber.
Oprócz włókien aktyny eukarionty posiadają również mikrotubule. Te struktury w kształcie rurki są drugim kluczowym składnikiem cytoszkieletu i składają się z licznych białek tubuliny. Te małe rury są ważne dla procesów transportu w komórce i segregacji chromosomów podczas podziału komórek
Pochodzenie tych mikrotubul było niejasne – do tej pory. W nowo opublikowanym artykule w Cell badacze ETH odkryli powiązane struktury w Asgard Archaea i opisali ich strukturę. Eksperymenty te pokazują, że tubuliny Asgard tworzą bardzo podobne mikrotubule, choć mniejsze niż te u ich krewnych eukariotycznych.
Jednak tylko kilka komórek Lokiarchaeum tworzy te mikrotubule. I, w przeciwieństwie do aktyny, te białka tubuliny pojawiają się tylko u bardzo niewielu gatunków Asgard Archaea.
Naukowcy nie rozumieją jeszcze, dlaczego tubuliny wydają się tak rzadko w Lokiarchaea, ani dlaczego są potrzebne komórkom. W eukariotach mikrotubules jest odpowiedzialny za procesy transportu w komórce. W niektórych przypadkach białka motoryczne „idą” te rurki. Badacze ETH nie zaobserwowali jeszcze takich białek motorycznych w Asgard Archaea.
„Wykazaliśmy jednak, że rurki utworzone z tych tubulin rosną na jednym końcu. Dlatego podejrzewamy, że wykonują podobne funkcje transportu jak mikrotubule w eukariotach”, mówi Jingwei Xu, współistniejący autor badania komórkowego. Wyprodukował tubuliny w hodowli komórkowej z komórek owadów i zbadał ich strukturę.
Naukowcy z dziedzin mikrobiologii, biochemii, biologii komórkowej i biologii strukturalnej ściśle współpracowali nad badaniem. „Nigdy nie postępowalibyśmy do tej pory bez tego interdyscyplinarnego podejścia” – podkreśla Pilhofer z pewną dumą.
Czy cytoszkielet był niezbędny do rozwoju złożonego życia? Podczas gdy niektóre pytania pozostają bez odpowiedzi, naukowcy są przekonani, że cytoszkielet był ważnym krokiem w ewolucji eukariotów.
Ten krok mógł wystąpić Aeons temu, gdy Asgard Archaeon splecił bakterię w swoje wyrostki. W trakcie ewolucji bakteria ta rozwinęła się w mitochondrion, który służy jako potęga współczesnych komórek. Z czasem ewoluowały jądro i inne przedziały – i narodziła się komórka eukariotyczna.
„Ten niezwykły cytoszkielet był prawdopodobnie na początku tego rozwoju. Mógł to umożliwić Asgardowi Archaea tworzenie wyrostków, umożliwiając w ten sposób interakcję z, a następnie chwycenie i pochłanianie bakterii” – mówi Pilhofer.
Łowienie ryb Asgard Archaea
Pilhofer i jego koledzy planują teraz zwrócić uwagę na funkcję włókien aktyny i tubuliny archeologicznej wraz z wynikowymi mikrotubulami.
Mają również na celu zidentyfikowanie białek, które naukowcy odkryli na powierzchni tych drobnoustrojów. Pilhofer ma nadzieję, że jego zespół będzie w stanie opracować przeciwciała dokładnie dostosowane do tych białek. Umożliwiłoby to badaczom „łowiąc” specjalnie dla Asgard Archaea w mieszanych kulturach drobnoustrojów.
„Nadal mamy wiele pytań bez odpowiedzi na temat Asgard Archaea, zwłaszcza dotyczące ich związku z eukariotami i ich niezwykłej biologii komórkowej” – mówi Pilhofer. „Śledzenie tajemnic tych drobnoustrojów jest fascynujące”.