Evrimsel garip topun tek bir hücre içinde yedi genomu vardır

50 yıldan uzun bir süre önce toplanan ve o zamandan beri laboratuvarlarda yetiştirilen tek hücreli bir algin, içinde en az yedi farklı genom bulunan, bir zamanlar bağımsız organizmaların tuhaf bir yığını olduğu ortaya çıktı.

Kanada’daki British Columbia Üniversitesi’nde çalışmayı yürüten Emma George, “Bildiğim kadarıyla yedi, tek bir hücrede rekor sayıda farklı genom” diyor.

Cryptomonad adı verilen bir tür alg, doğa bilimci Ernst Georg Pringsheim tarafından 1970’ten önce toplandı ve Almanya’daki Goettingen Üniversitesi’nde bir koleksiyonun parçası oldu. 1988’de mikroskobik bir çalışma alg hücreleri içindeki bakterileri ortaya çıkardıve ayrıca bazı bakterilerin içindeki virüsler.

George, bu çalışmayı okuduktan sonra, ekibinin hücrelerin içindeki tüm DNA’yı sıralayabilmesi ve içindeki virüs ve bakteriyi tanımlayabilmesi için alg örneklerini istedi.

Hücrelerin simbiyotik bakterilere ev sahipliği yapması alışılmadık bir durum değil. Kompleks hücrelerin, yaklaşık 3 milyar yıl önce, bir bakterinin başka bir basit hücrenin içinde yaşamaya başlaması ve endosimbiyoz olarak bilinen bir ortaklık kurmasıyla ortaya çıktığı düşünülmektedir. Bu bakteri, hemen hemen tüm karmaşık hücrelerde bulunan enerji üreten mitokondriye evrildi.

Karmaşık hücrelerin ana genomu hücre çekirdeğinde yer alırken, mitokondri kendi küçük genomunu korur. Bu, çoğu hayvan hücresinin, hücre başına birkaç bine kadar mitokondriyal genom kopyasıyla iki farklı genoma sahip olduğu anlamına gelir.

Yaklaşık bir milyar yıl önce, bitki hücreleri bir siyanobakteri alarak fotosentez yapma yeteneği kazandı. Bu, genomunun bir kısmını da koruyan kloroplasta evrildi, bu nedenle bitki hücrelerinin üç farklı genomu var.

Bununla birlikte, Cryptomonad algleri bitki hücreleri değildir. Serbest yüzen yırtıcı hücreler olarak başladılar ve bir siyanobakteri yerine karmaşık bir bitki hücresini – kırmızı bir algi – yutarak fotosentez yapma yeteneği kazandılar.

Bu kırmızı algin çekirdeği, fotosentez için gerekli olan bazı genleri içerdiğinden, küçülmüş bir biçimde tutulmuştur. Yani tüm kriptomonadların dört farklı genomu vardır: hücre çekirdeğindeki ana genom, kırmızı algin kalan çekirdeği, mitokondri ve kırmızı alg kloroplast.

Göttingen suşu fazladan üç ayrı genoma sahiptir. George’un ekibinin bulduğuna göre, yalnızca bir değil iki ek bakteriyel endosimbiyoz sahibi oldu ve bunlardan biri bakteriyofaj virüsü ile enfekte oldu.

George, “İki farklı hücre olması ve sonra bunlardan birinin fajla enfekte olması, hepsi tek bir hücre içinde olması inanılmaz,” diyor.

Ekibi, konakçı hücreyi şu şekilde tanımladı: Cryptomonas gyropyrenoidosaiki bakteri olarak Grellia numerosa Ve megaira polyxenophilave bulaşan virüs M. polyxenophila MANkifaj olarak.

George, bu kümelenmenin Pringsheim tarafından toplanan alglerde var olduğunu ve o zamandan beri, yaklaşık 4400 nesil boyunca tüm torunlarına aktarıldığını düşünüyor.

Şaşırtıcı bir şekilde, faj ile enfekte olmuş bakteri, konak kriptomonadlarda enfekte olmayan bakteriden daha bol miktarda bulunur. George, fajın konakçı bakteriyi yok etmeden nasıl varlığını sürdürdüğünün net olmadığını, ancak fajın bakterinin kriptomonadlarla iyi geçinmesine yardımcı olabilecek genlere sahip olduğunu söylüyor George. “Bu sistemde bir denge olmalı” diyor.

Çalışma kapsamlı bir şekilde araştırıldı, diyor Dave Speijer Karmaşık hücrelerin evrimini inceleyen ve konakçı ile içindeki bakteri ve virüs arasındaki ilişkilerin şaşırtıcı derecede karmaşık olduğunu gösteren Hollanda’daki Amsterdam Üniversitesi’nden Dr. Ancak, bu ilişkilerin gerçek dünya koşullarında hayatta kalıp kalamayacağını veya yalnızca hücrelerin tutulduğu istikrarlı laboratuvar ortamı nedeniyle devam edip etmeyeceğini merak ediyor.

Bir hücrede en az altı farklı genom bulunan, içlerinde diatom adı verilen tek hücreli algleri barındıran dinoflagellat adı verilen tek hücreli organizmaların olduğu zaten biliniyordu. tarafından keşfedilen bu “dinotomlardan” biri Norico Yamada Almanya’daki Konstanz Üniversitesi’nde dört ayrı olayda diyatom edindi ve dokuz ayrı genoma sahip olabilir.

Ancak Yamada, yayınlanmamış sonuçlarının, her seferinde aynı diatom türlerinin elde edildiğini gösterdiğini, yani neyin farklı sayıldığına bağlı olarak, hala yalnızca altı farklı genoma sahip olabileceğini söylüyor.

George, “Her iki durumda da, her iki sistem de son derece karmaşık ve bu ‘kayıtlar’ büyük olasılıkla henüz keşfedilmemiş başka bir sistem tarafından geçilecek” diyor.