В поисках первой бактерии

Примерно пять лет назад глава института профессор доктор Уильям (Билл) Мартин и его команда представили последнего универсального общего предка всех живых организмов и назвали его «LUCA». Он жил примерно 3,8 миллиарда лет назад в горячих глубоководных гидротермальных источниках.


Теперь эволюционные биологи из Дюссельдорфа описали еще одну древнюю клетку, названную «LBCA» («Последний общий предок бактерий»). Это предок самой большой на сегодняшний день области всех живых организмов: бактерий. В Биология они сообщают о своих новых исследовательских подходах, которые привели к успешному предсказанию биохимии LBCA и ее филогенетических связей.

Бактерии почти так же стары, как сама жизнь. LBCA жил около 3,5 миллиардов лет назад в среде, аналогичной LUCA. Чтобы раскрыть генетический код LBCA, его свойства и историю, исследовательская группа изучила геномы 1089 бактериальных анаэробов или бактерий, которые выживают без кислорода. «Отказ от аэробов имело смысл для нашей работы», — объясняет первый автор доктор Джоана К. Ксавьер. «Если бактерии возникли в то время, когда была бескислородной, не имеет смысла исследовать их происхождение, учитывая виды, полные адаптаций, вызванных кислородом».

Высшие формы жизни передают свой генетический код от родителей к потомству посредством вертикальной передачи генов. В результате предоставляет информацию о филогенетической истории. Но бактерии являются хозяевами в другой форме переноса генов, а именно в латеральном переносе генов (LGT). Это позволяет бактериям обмениваться генетической информацией между разными штаммами. Это представляет собой серьезную проблему при реконструкции генома LBCA, поскольку делает традиционные филогенетические методы неспособными определить корень в древе эволюции бактерий.

По этой причине исследователи из Дюссельдорфа использовали биохимические сети вместе с тысячами отдельных деревьев. Они исследовали 1089 анаэробных геномов и идентифицировали 146 семейств белков, консервативных у всех бактерий. Эти составляют почти полную базовую метаболическую сеть.

Чтобы завершить биохимию LBCA, нужно было добавить еще девять генов, чтобы реконструированная метаболическая сеть включала все основные и универсальные метаболиты. Чтобы быть полностью независимой и самогенерируемой, сети LBCA все равно потребуются дополнительные гены, унаследованные от последнего универсального общего предка, LUCA, и питательные вещества из окружающей среды.

Располагая метаболической сетью LBCA, авторы затем использовали статистические методы, чтобы определить, какие из современных бактериальных групп наиболее похожи на LBCA. Они сделали это, используя метод под названием Minimal Ancestor Deviation, MAD, ранее разработанный одним из соавторов, Фернандо Д.К. Триа: «Анализ показал, что самая ранняя ветвь бактерий, которая расходилась, была наиболее похожа на современные клостридии, за которыми следовали Deltaproteobacteria. , Актинобактерии и некоторые представители Aquifex. Обычно эти группы имеют путь ацетил-КоА для фиксации углерода и / или энергетического метаболизма ».

Профессор Уильям Мартин, старший автор исследования, объясняет: «Это единственный путь фиксации углерода, присутствующий как в архее, так и в бактериях и ведущий к LUCA. Этот результат, полученный независимо, также согласуется с нашими последними выводами о происхождение и ранняя жизни в гидротермальных жерлах ».

«Мы можем с уверенностью сделать вывод, что LBCA, скорее всего, имел форму стержня», — говорит Ксавьер. «Если бы он был похож на Clostridia, возможно, LBCA смог спорулировать». Эта гипотеза была недавно выдвинута другими исследователями и «полностью совместима с нашими результатами», — говорит Ксавьер. Формирование спор позволило бы ранним клеткам выжить в суровых условиях ранней Земли.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments