Bár egyesek szerint a fehérjeszintézis eredete az a témakör, amibe a kutatók beleőrülnek, ha egyszer belekezdenek, az eukarióták eredete sem éppen egy egyszerű kérdés. Erről már írtam korábban. Egy újabb cikk okán újból írok a témáról. A szépsége a kérdéskörnek, hogy akár pár hét elteltével megjelenhetnek olyan tanulmányok, amelyek egymásnak homlokegyenesen ellentmondanak. Nem csodálom, hogy a hallgatóknak annyira nem tetszett az elméleteket felsorakoztató előadás (pedig értékelhették volna, hogy mennyi érdekes nyitott kérdés vár még rájuk).
Röviden arról van szó, hogy sok fehérje összehasonlításával azt tapasztalják, hogy a mitokondrium ősének tekintett alfa-proteobaktérium eredetű fehérjék lényegesen később váltak el a bakteriális génektől, mint a DNS másolással és fehérje transzlációval kapcsolatos és archaeák génjeivel rokoníthatók.
Hasonlítsunk össze sok fehérje leszármazási-vonalat.
Vegyünk egy nagy adag teljesen megszekvenált élőlényt (http://eggnog.embl.de). Jelen esetben 3.686 ilyen genomot. Ebből 3318 baktérium, 130 archaea és 238 eukarióta. Ez jól jellemzi, hogy baktériumból sokkal többnek ismerjük a teljes genomját, mint archaeának (nehéz őket tenyészteni) vagy eukariótának (a jelentősen hosszabb genomot nehezebb szekvenálni). Ezekből vegyünk ki úgy, hogy lefedjük az élők rendszerének minél nagyobb részét. Végül 37 eukarióta és 692 prokarióta maradt a vizsgálatra.
Ezen fajok összes fehérjéjét összevetették és megnézték milyen leszármazási vonalba rendeződnek (egy leszármazási vonalba olyan fehérjék tartoznak, amelyeknek volt közös ősük, génduplikáció nélkül). Ezekből az érdekel, amelyek lehetőleg minden Eukariótában megvannak. Ilyenből viszonylag kevés volt, így végül elégségesnek vették, ha az Excavata, Archaeplastida, SAR+Hacrobia és Podiates kládakból legalább 3-ban benne van (és ez utóbbiban benne vannak). Ez azért egy jó közelítés, hogy mi lehet univerzálisan jelen az eukariótákban, s így az utolsó eukarióta közös ősben (LECA = Last Eukarypotic Common Ancestor).
Származás, működés és sejten belüli elhelyezkedés
A fehérje családokat működésük és sejten belül elhelyezkedésük szerint is csoportosították, továbbá kiszámolták, hogy milyen közel vannak a nem-Eukarióta hasonló fehérjékhez. Minél hasonlóbb egy fehérjecsalád a prokarióták hasonló fehérjéihez, annál később váltak el egymástól.
Így négy nagy csoportot különítettek el.
(1) Legkésőbb levált csoport (452 fehérje). Főleg alfa-proteobaktérium vagy közelebbről nem meghatározott bakteriális, kisebb mértékben delta-proteobaktérium, illetve PVC baktérium eredetű gének, amelyek a mitokondriumban működnek. Funkciójukra nézve főleg az energiatermelésben vesznek részt (ugye ez mitokondrium feladata), illetve az aminosav bioszintézisben és transzportban, valamint a koenzimek előállításában és szállításában.
(2) Prokariótákhoz nem csatolható csoport (284 tag), amelynek tagjai jellemzően a szénhidrátanyagcserében vesznek részt és a belső membránrendszerben helyezkednek el. Úgy is mondhatjuk, hogy eukarióta specifikus fehérjék.
(3) Replikáció, transzkripció és transzláció fehérjéi (234) amelyek zömében a sejtmagban helyezkednek el és archeákkal rokoníthatók. Kivéve azt a párat, ami Actinobacteria szerű. Ez utóbbi érdekes, mert a Neomura hipotézisnek ad némi alátámasztást, annak ellenére, hogy egyes nevesebb eukarióta eredet kutató nem hisz benne (és nem neves kutatók, mint én sem, de lehet, hogy nincs igazam).
(4) A legősibb csoport (94 gén) a transzlációval és a riboszómával kapcsolatos, archeákkal rokonítható és a sejt mindenféle részén van belőlük. A mára klasszikusnak nevezhető, az élőket baktériumokra és egymáshoz közel álló Archaeákra és Eukariótákra osztó rendszertannak ez az alapja.
A mitokondriumot egy összetett, eukarióta szerű élőlény háziasította
A mitokondrium nem rég vált el az alfa-proteobaktériumoktól. A nem rég persze relatív (most kb. 1 milliárd évre rakják az eukarióták kialakulását), de kevésbé régen, mint ahogy más eukarióta újítás, mint maga a sejtmag, megjelenhetett. Bár az enzimek a sejtmagról keveset mondanak (ne feledjük, hogy a legtöbb eukarióta enzimnek nincs ortológja a prokarióták között, s ezért ez az elemzés nem végezhető el), de a membránhoz kapcsolódó funkciók arra engednek következtetni, hogy belső membránrendszere volt a mitokondrium ősét bekebelező élőlénynek.
Tisztább lett valamelyest a kép? Nem igazán. A gének szintjén az egyik elemi probléma az eukariótákkal, hogy egy adag génjük bacik génjeire hasonlít, egy kis adag archaea génekre hasonlít, s a legtöbb máshol nem található meg. Mindezt bonyolítja, hogy nem minden baktérium eredetű gén vezethető vissza a mitokondriumra, s ahhoz sok van, hogy mindet a horizontális géntranszfer számlájára írjuk. Továbbá ott a kényelmetlen tény, hogy a DNS másolás, fehérje szintézis és hasonló nagyon fontos funkciók génjei az archaeákra hasonlítanak. De az archaeák amúgy nagyon nem hasonlítanak az eukariótákra, a bacik sem nagyon, de az archaeák még annyira sem. A sejttan és a genetika itt nagyon mást mutat.
Mit gondolok én? Szerintem valahogy kialakult egy komplex belső membránnal rendelkező élőlény, talán még sejtmagja is volt. Ez vagy egy baktériumból alakult ki, vagy a baktériumokat megelőző élőlények egy csoportjából. Ez a lény aztán, sokkal később bekebelezett egy alfa-proteobaktériumot, s így születtek a ma ismert eukarióták. S mi van az archaeákkal? Szerintem ők egy végtelenül leegyszerűsödött oldalága ennek a komplex élőlénynek. Azaz inkább úgy kell rájuk tekinteni, hogy az eukariótáktól (az ősüktől) származnak, s nem fordítva.
Tisztább lett valamelyest a kép? Nem igazán. A gének szintjén az egyik elemi probléma az eukariótákkal, hogy egy adag génjük bacik génjeire hasonlít, egy kis adag archaea génekre hasonlít, s a legtöbb máshol nem található meg. Mindezt bonyolítja, hogy nem minden baktérium eredetű gén vezethető vissza a mitokondriumra, s ahhoz sok van, hogy mindet a horizontális géntranszfer számlájára írjuk. Továbbá ott a kényelmetlen tény, hogy a DNS másolás, fehérje szintézis és hasonló nagyon fontos funkciók génjei az archaeákra hasonlítanak. De az archaeák amúgy nagyon nem hasonlítanak az eukariótákra, a bacik sem nagyon, de az archaeák még annyira sem. A sejttan és a genetika itt nagyon mást mutat.
Mit gondolok én? Szerintem valahogy kialakult egy komplex belső membránnal rendelkező élőlény, talán még sejtmagja is volt. Ez vagy egy baktériumból alakult ki, vagy a baktériumokat megelőző élőlények egy csoportjából. Ez a lény aztán, sokkal később bekebelezett egy alfa-proteobaktériumot, s így születtek a ma ismert eukarióták. S mi van az archaeákkal? Szerintem ők egy végtelenül leegyszerűsödött oldalága ennek a komplex élőlénynek. Azaz inkább úgy kell rájuk tekinteni, hogy az eukariótáktól (az ősüktől) származnak, s nem fordítva.
Hivatkozott irodalom
- Powell, S., Forslund, K., Szklarczyk, D., Trachana, K., Roth, A., Huerta-Cepas, J., Gabaldón, T., Rattei, T., Creevey, C., Kuhn, M., Jensen, L. J., von Mering, C. és Bork, P. 2014. eggNOG v4.0: nested orthology inference across 3686 organisms. Nucleic Acids Research 42(Database issue): D231-D239
- Pittis, A. A. és Gabaldón, T. 2016. Late acquisition of mitochondria by a host with chimaeric prokaryotic ancestry. Nature advance online publication DOI: 10.1038/nature16941
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése