De tradisjonele groepearring fan libbensfoarmen yn prokaryoten en eukaryoten waard yn 1977 feroare doe't rRNA-sekwinsjekarakterisaasje die bliken dat archaea (doe 'archaebacteria' neamd) '' like fier besibbe binne mei baktearjes as baktearjes binne oan eukaryoten.'' Dit needsaaklike groepearring fan libbene organismen. yn eubaktearjes (befette alle typyske baktearjes), archaea en eukaryoten. De kwestje fan komôf fan eukaryoten bleau. Yn 'e rin fan' e tiid begon bewiis te bouwen yn it foardiel fan archeale foarâlden fan eukaryoten. Fan bysûnder belang wie de fynst dat Asgard archaea ferskate hûnderten genen fan eukaryotyske hantekeningproteinen (ESP's) yn har genoom hat. ESP's spylje in krúsjale rol yn 'e ûntwikkeling fan cytoskelet en komplekse sellulêre struktueren skaaimerken fan eukaryoten. Yn in trochbraakstúdzje publisearre op 21 desimber 2022, ûndersikers hawwe rapportearre suksesfolle teelt fan in ferrike kultuer fan ûngrypbere Asgard archaea dy't se ôfbylde mei help fan kryo-elektroanen tomografy. Se observearre dat Asgard-sellen yndie in kompleks actin-basearre cytoskelet hienen. Dit wie it earste direkte fisuele bewiis fan archeale foarâlden fan eukaryoten, in wichtige stap yn it begryp fan 'e oarsprong fan eukaryoten.
Oant 1977 waarden de libbensfoarmen op ierde groepearre yn eukaryoten (komplekse foarmen karakterisearre troch it opnimmen fan genetyske materialen fan 'e sel yn in goed definiearre kearn en de oanwêzigens fan cytoskelet) en prokaryoten (ienfâldiger libbensfoarmen mei genetysk materiaal yn cytoplasma sûnder in spesifisearre nucleaus, ynklusyf baktearjes en archaebacteria). It waard tocht dat cellular eukaryoten ûntwikkele sa'n 2 miljard jier lyn, wierskynlik út 'e prokaryoten. Mar, hoe binne de eukaryoten krekt ûntstien? Hoe binne de komplekse sellulêre libbensfoarmen ferbûn mei de ienfâldiger sellulêre libbensfoarmen? Dit wie in grutte iepen fraach yn biology.
Technologyske foarútgong yn molekulêre biology fan gen en proteïne holpen yn 'e kearn fan' e kwestje te ferdjipjen doe't, yn 1977, archaea (doe 'archaebacteria' neamd) waarden fûn ''like fier besibbe oan baktearjes as baktearjes binne oan eukaryoten. '' De eardere ûnderskieding fan libbensfoarmen yn prokaryoten en eukaryoten wie basearre op fenotypyske ferskillen op it nivo fan selorganellen. Fylogenetyske relaasje moat ynstee basearre wêze op in wiid ferspraat molekule. Ribosomale RNA (rRNA) is ien fan sa'n biomolekule dy't oanwêzich is yn alle sels-replikearjende systemen en wêrfan de sekwinsjes mei de tiid in bytsje feroaret. Analyse basearre op karakterisearring fan rRNA-sekwinsje needsaaklike groepearring fan libbene organismen yn eubaktearjes (befette alle typyske baktearjes), archaea, en eukaryoten1.
Ferfolgens begjinne bewiis fan nauwere relaasje tusken archaea en eukaryoten. Yn 1983 waard fûn dat DNA-ôfhinklike RNA-polymerases fan archaea en eukaryoten binne fan itselde type; beide litte opfallend ferlykbere immunochemyske eigenskippen sjen en beide binne ôflaat fan in mienskiplike foarâlderlike struktuer2. Op grûn fan in ôflaat gearstalde fylogenetyske beam fan in proteïnepear, in oare stúdzje publisearre yn 1989, die bliken nauwer relaasje fan archaea oan eukaryoten dan mei eubacteria3. Tsjin dizze tiid, de archaeal oarsprong fan eukaryoten waard fêststeld, mar krekte archaeale soarten bleaunen identifisearre en studearre.
Groei yn genomyske stúdzjes nei súkses yn genome projekt, foarsjoen fan in folle nedige fillip oan dit gebiet. Tusken 2015-2020 fûnen ferskate stúdzjes dat Asgard archaea drage eukaryote spesifike genen. Har genomen wurde ferrike foar aaiwiten dy't spesifyk wurde beskôge foar eukaryoten. Dizze stúdzjes identifisearre dúdlik dat Asgard archaea de tichtste genetyske tichtby de eukaryot hat troch de oanwêzigens fan hûnderten eukaryotyske signature proteins (ESP's) genen yn har genoom.
De folgjende stap wie om de ynterne kelderstruktuer fan 'e Asgard archaea fysyk te visualisearjen om de rol fan ESP's te befêstigjen, lykas wiidweidich oannommen dat ESP's in wichtige rol spylje yn 'e foarming fan komplekse sellulêre struktueren. Hjirfoar wiene heul ferrike kultueren fan dizze archaea nedich, mar Asgard is bekend om ûngrypber en mysterieus te wêzen. wêrtroch swierrichheden by teelt yn grutte genôch kwantiteit om se te studearjen yn in laboratoarium. Neffens in stúdzje koartlyn rapporteare op 21 desimber 2022, is dizze muoite no oerwûn.
De ûndersikers hawwe, nei seis jier fan hurd wurk, ymprovisearre techniken en hawwe mei súkses kultivearre yn laboratoarium, in tige ferrike kultuer fan 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', in lid fan 'e Asgard phylum. Dit wie in opmerklike prestaasje, ek om't dit ûndersikers yn steat stelde om de ynderlike sellulêre struktueren fan Asgard te visualisearjen en te studearjen.
Kryo-elektroanentomografy waard brûkt om de ferrikingskultuer yn byld te bringen. De Asgard-sellen hiene coccoid-sellichems en in netwurk fan fertakke protrusions. Sel oerflak struktuer wie kompleks. Cytoskelet útwreide troch de sel lichems. De ferdraaide dûbelstrengige filaminten omfetsje Lokiactin (bgl. actinhomologen kodearre troch Lokiarchaeota). Sa hiene Asgard-sellen kompleks actin-basearre cytoskelet, dat de ûndersikers foarstelle, foarôfgeand oan evolúsje fan 'e earste eukaryoten.
As de earste konkrete fysike / fisuele bewiis fan archaeal foarâlden fan eukaryoten, dit is in opmerklike foarútgong yn biology.
***
Referinsjes:
- Woese CR en Fox GE, 1977. Phylogenetyske struktuer fan it prokaryotyske domein: De primêre keninkriken. Publisearre novimber 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J. en oaren 1983. Archaebacteria en eukaryotes besitte DNA-ôfhinklike RNA polymerases fan in mienskiplik type. EMBO J. 2, 1291-1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., en oaren 1989. Evolúsjonêre relaasje fan archaebacteria, eubacteria, en eukaryotes ôflaat fan phylogenetic beammen fan duplicated genen. Proc. Natl Acad. Sci. USA 86, 9355-9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., en oaren. 2022. Actin cytoskelet en komplekse sel arsjitektuer yn in Asgard archaeon. Publisearre: 21 desimber 2022. Natuer (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
