Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Кому не нужны митохондрии

В пищеварительном тракте позвоночных животных живёт простейший организм, у которого никогда не было митохондрий.

Вся жизнь делится на три домена: бактерий, архей и эукариот, где эукариоты – это растения, животные, водоросли, грибы и огромная масса мельчайших одноклеточных существ, называемых простейшими.

Разнообразие эукариот, как видим огромно, достаточно сравнить одноклеточную инфузорию или малярийного плазмодия с весьма многоклеточным человеком, однако некоторые особенности неизменно присутствуют у всех эукариотических организмов, и одна из таких особенностей – наличие в клетках митохондрий. Так называют мембранные структуры, которые служат энергетическими станциями – в митохондриях идут биохимические реакции по извлечению энергии из расщепляемых молекул.

У митохондрий есть собственная ДНК, кодирующая ферменты, которые необходимы для энергетических реакций, и у них есть собственный аппарат для синтеза этих белков; кроме того, некоторые гены, нужные для функционирования митохондрий, есть в ядерных хромосомах – основном клеточном хранилище генетической информации.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

И вот оказалось, что некоторые эукариоты могут обходиться без митохондрий. Владимир Хампл (Vladimir Hampl) из Карлова университета в Праге вместе с коллегами из Университета Альберты, Университета Далхаузи и Остравского технического университета опубликовал в Current Biology с описание простейшего Monocercomonoides, живущего в пищеварительном тракте позвоночных животных. Характерная особенность Monocercomonoides состоит в том, что митохондрии у него не просто нет – их никогда и не было.

Здесь следует уточнить, что на самом деле про безмитохондриальных эукариот известно относительно давно – есть такая группа жгутиковых простейших, как Metamonada, у которых нет этих энергетических органелл. (В качестве примера можно привести кишечную лямблию, возбудителя лямблиоза у человека.)

Считается, однако, что изначально митохондрии у метамонад были, просто они потом в эволюции утратили. Тому есть определённые доказательства: во-первых, у некоторых метамонад остались рудименты митохондрий, называемые митосомами и гидрогеносомами, во-вторых, в геноме таких простейших остались гены, которые когда-то определённо относились к митохондриям, а некоторые из таких генов вообще принадлежали собственной митохондриальной ДНК, переместившись в ядро после того, как митохондрии начали деградировать.

Что до митосом и гидрогеносом, то работать, как митохондрии, они не могут, но при том в них в каком-то виде остаются кластеры атомов железа и серы, которые используются в окислительно-восстановительных реакциях, в частности, в окислительных энергетических реакциях «нормальных» митохондрий. Словом, универсальность митохондрий от присутствия на свете таких вторичнобезмитохондриальных существ ничуть не страдала.

Однако в геноме Monocercomonoides (который, кстати, входит в ту же большую группу метамонад) не нашли никаких следов митохондриальных генов – ни тех, которые были в митохондриальной ДНК, ни тех, которые кодировали белки митохондрий, находясь в ядре.

Те, о ком шла речь выше, кто вторично утратил митохондрии, поступили так потому, что им приходится жить там, где мало кислорода. Митохондрии получают энергию с помощью кислородного окисления, только процесс этот растянут на много этапов и много белков; ну а если кислорода нет, то и вся окислительная кухня митохондрий, получается, не нужна.


Monocercomonoides
тоже живут в условиях с низким содержанием кислорода (в желудочно-кишечном тракте), так что отсутствие митохондрий у них объяснимо – но, как мы уже сказали, проблема тут в том, что митохондрий, судя по всему, у Monocercomonoides никогда и не было; более того, у них даже нет белков, которые были бы хоть в чём-то похожи на митохондриальные ферменты.

Митохондрии не только служат энергетическими станциями, они ещё собирают вышеупомянутые железосерные кластеры – комплексы атомов железа и серы, которые могут получать, отдавать, переносить или накапливать электроны и которые используются клеткой много где. Митохондрии их собирают и экспортируют в цитоплазму, а там железосерные кластеры уже встраиваются в какие-то ферменты.

Как выходят из положения Monocercomonoides? Оказалось, что они позаимствовали соответствующую систему синтеза железосерных кластеров у бактерий, у которых тоже никогда не было митохондрий, но которым тоже нужно проводить биохимические реакции, связанные с переносом электронов. Гены бактериальных белков, очевидно, попали в Monocercomonoides с помощью горизонтального переноса, то есть простейший как-то «съел» бактериальную ДНК (либо в свободном виде, либо вместе с хозяином), а потом встроил её в свой геном.

Специалисты пока комментируют новую работу достаточно осторожно, выказываясь в том смысле, что как же мы мало знаем ещё про эволюцию эукариот и сколько всего нового мы можем узнать, если будем уделять больше внимания малоисследованным одноклеточным.

На посторонний взгляд тут, конечно, напрашивается вывод, что подобно Monocercomonoides в незапамятные времена мог выглядеть один из предков эукариот, что-то вроде «переходного звена» между бактериями и археями, с одной стороны, и новым, нарождающимся доменом, с другой. Действительно, ведь в других отношениях Monocercomonoides – вполне себе эукариот, у него есть ядро и другие эукариотические внутриклеточные органеллы.

Но вывод о «переходном звене» – всё-таки слишком сильное утверждение, и для того, чтобы на примере Monocercomonoides рассуждать обо всей эволюции эукариот в целом, нужно поподробнее изучить и его самого, и других родственных ему простейших.

По материалам The Scientist.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Статьи по теме