Untdekking fan stikstof-fixearjende selorganel Nitroplast yn in eukaryote algen   

Biosynteze fan aaiwiten en nukleïnesoer fereasket stikstof , mar atmosfearyske stikstof is net beskikber foar eukaryoten foar organyske synteze. Mar in pear prokaryoten (lykas cyanobaktearjes , clostridia , archaea ensfh.) hawwe it fermogen om de molekulêre stikstof dy't oerfloedich beskikber is yn 'e atmosfear te fixearjen . Guon stikstoffixearjende baktearjes libje yn eukaryote sellen yn symbiotyske relaasje as endosymbionten. Bygelyks, de cyanobaktearje Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) is in endosymbiont fan 'e iensellige mikroalgen Braarudosphaera bigelowii yn marine systemen. Sokke natuerlike ferskynsels wurde tocht in krúsjale rol spile te hawwen yn 'e evolúsje fan eukaryote selorganellen mitochondria en chloroplasten troch yntegraasje fan endosymbiotyske baktearjes yn 'e eukaryote sel. Yn in koartlyn publisearre stúdzje hawwe ûndersikers fûn dat de cyanobaktearje " UCYN-A " nau yntegrearre wie mei de eukaryote mikroalgen Braarudosphaera bigelowii en evoluearre wie fan in endosymbiont nei in stikstofbindend eukaryotysk selorganel mei de namme nitroplast. Dit makke mikroalgen Braarudosphaera bigelowii de earste bekende stikstofbindende eukaryote. Dizze ûntdekking hat de funksje fan fiksaasje fan atmosfearyske stikstof útwreide fan prokaryoten nei eukaryoten.

Symbioaze, dws organismen fan ferskate soarten dy't habitat diele en tegearre libje, is in mienskiplik natuerferskynsel. De partners yn 'e symbioatyske relaasje kinne fan elkoar profitearje (mutualisme), of de iene kin profitearje wylst de oare net beynfloede bliuwt (kommensalisme) of de iene profitearret wylst de oare skea wurdt (parasitisme). De symbioatyske relaasje wurdt endosymbiosis neamd as ien organisme yn 'e oare libbet, bygelyks in prokaryotyske sel dy't yn in eukaryote libbet. De prokaryotyske sel wurdt yn sa'n situaasje endosymbiont neamd.  

Endosymbiosis (dat wol sizze, ynternalisaasje fan prokaryoten troch in foarâlderlike eukaryote sel) spile in krúsjale rol yn evolúsje fan mitochondria en chloroplasten, de sel-organellen karakteristyk foar mear komplekse eukaryote sellen, dy't bydroegen oan proliferaasje fan eukaryote libbensfoarmen. In aerobe proteobakterium wurdt tocht dat er foarâlderlike eukaryotyske sel yngien is om in endosymbiont te wurden yn in tiid dat it miljeu hieltyd mear soerstofryk waard. It fermogen fan 'e endosymbiont proteobacterium om soerstof te brûken om enerzjy te meitsjen liet de gastheareukaryot bloeie yn 'e nije omjouwing, wylst de oare eukaryoten útstoarn waarden troch negative seleksjedruk oplein troch de nije soerstofrike omjouwing. Uteinlik yntegrearre de proteobakterium mei it hostsysteem om in mitochondrion te wurden. Op deselde manier kamen guon fotosynteze-cyanobaktearjes de foarâlderlike eukaryoten yn om endosymbiont te wurden. Yn 'e rin fan' e tiid assimilearren se mei it eukaryote hostsysteem om chloroplasten te wurden. Eukaryoten mei chloroplasten krigen de mooglikheid om atmosfearyske koalstof te fixearjen en waarden autotrofen. Evolúsje fan koalstoffixearjende eukaryoten fan 'e foarâlderlike eukaryoten wie in kearpunt yn 'e skiednis fan it libben op ierde. 

Stikstof is nedich foar organyske synteze fan aaiwiten en nukleïnesoeren, mar de mooglikheid om atmosfearyske stikstof te fixearjen is allinich beheind ta in pear prokaryoten (lykas guon cyanobaktearjes, clostridia, archaea ensfh.). Gjin bekende eukaryoten kinne selsstannich atmosfearyske stikstof fixearje. Mutualistyske endosymbiotyske relaasjes tusken stikstof-fixearjende prokaryoten en koalstoffixearjende eukaryoten dy't stikstof nedich binne om te groeien, wurde sjoen yn 'e natuer. Ien sa'n eksimplaar is it gearwurkingsferbân tusken de cyanobaktearje Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) en de iensellige mikroalgen Braarudosphaera bigelowii yn marinesystemen.  

Yn in resinte stúdzje waard de endosymbiotyske relaasje tusken de cyanobaktearje Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) en de iensellige mikroalg Braarudosphaera bigelowii ûndersocht mei sêfte röntgentomografy. Fisualisaasje fan selmorfology en dieling fan 'e alg liet in koördinearre selsyklus sjen wêryn't de endosymbiont-cyanobaktearjes lykmatig dielden, krekt sa't chloroplasten en mitochondria yn in eukaryote diele tidens seldieling. Stúdzje fan aaiwiten dy't belutsen binne by de sellulêre aktiviteiten liet sjen dat in flinke fraksje dêrfan kodearre waard troch it genoom fan algen. Dit omfette aaiwiten dy't essensjeel binne foar biosynteze, selgroei en dieling. Dizze befiningen suggerearje dat de endosymbiont-cyanobaktearjes nau yntegrearre wiene mei it sellulêre systeem fan 'e gasthear en oergien wiene fan in endosymbiont nei in folweardich organel fan 'e gasthearsel. As gefolch dêrfan krige de gasthearalgsel it fermogen om atmosfearyske stikstof te fixearjen foar de synteze fan aaiwiten en nukleïnesoeren dy't nedich binne foar groei. It nije organel wurdt nitroplast neamd fanwegen syn stikstoffixearjende fermogen.

Dit makket de iensellige mikroalgen Braarudosphaera bigelowii de earste stikstofbindende eukaryote. Dizze ûntwikkeling kin op lange termyn gefolgen hawwe foar de lânbou en de gemyske dongstofyndustry.

*** 

Referinsjes:  

1. Coale, TH en oaren. 2024. Nitrogen-fixing organelle yn in marine alge. Wittenskip. 11. april 2024. Vol 384, Issue 6692 s. 217-222. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 

2. Massana R., 2024. De nitroplast: in stikstof-fixearjende organelle. WITTENSKIP. 11. april 2024. Vol 384, Issue 6692. s. 160-161. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

***