stringtranslate.com

Асгард (археи)

Асгард или Асгардархеота [2] — это предполагаемый супертип , состоящий из группы архей , которые содержат сигнатурные белки эукариот. [3] Похоже, что эукариоты , домен , который содержит животных , растения и грибы , возникли в Асгарде , [4] в ветви, содержащей Heimdallarchaeota. [5] Это поддерживает двухдоменную систему классификации вместо трехдоменной системы . [6] [7]

Открытие и номенклатура

Летом 2010 года был проанализирован осадок гравитационного керна , взятого в рифтовой долине на хребте Книповича в Северном Ледовитом океане, недалеко от гидротермального источника Замок Локи . Конкретные горизонты отложений, которые, как ранее было показано, содержат большое количество новых линий архей, были подвергнуты метагеномному анализу . [8] [9] В 2015 году команда под руководством Уппсальского университета предложила тип Lokiarchaeota на основе филогенетического анализа с использованием набора высококонсервативных генов, кодирующих белок. [10] Группа была названа в честь скандинавского бога Локи , меняющего форму , в отсылке к гидротермальному комплексу, из которого произошел первый образец генома. [11] Мифологический Локи был описан как «поразительно сложная, запутанная и амбивалентная фигура, которая была катализатором бесчисленных неразрешенных научных споров», [12] аналогично роли Локиархеоты в дебатах о происхождении эукариотов. . [10] [13]

В 2016 году команда под руководством Техасского университета обнаружила Торархеоту из образцов, взятых из реки Уайт-Оук в Северной Каролине, названной в честь Тора , другого скандинавского бога. [14] Образцы из Замка Локи, Йеллоустонского национального парка , Орхусского залива , водоносного горизонта возле реки Колорадо , бассейна Радиата в Новой Зеландии , гидротермальных жерл возле острова Такэтоми в Японии и устья реки Уайт-Оук в США содержали Odinarchaeota и Heimdallarchaeota; [3] Следуя скандинавскому соглашению об именах божеств, эти группы были названы в честь Одина и Хеймдалля соответственно. Поэтому исследователи назвали супертип, содержащий эти микробы, « Асгардом », в честь дома богов в скандинавской мифологии. [3] Два образца Lokiarchaeota были культивированы, что позволило детально изучить их морфологию. [15]

Описание

Белки

Члены Асгарда кодируют многие сигнатурные белки эукариот, включая новые GTPases , белки ремоделирования мембран, такие как ESCRT и SNF7 , систему модификаторов убиквитина и гомологи пути N-гликозилирования . [3]

Асгардские археи имеют регулируемый актиновый цитоскелет , а используемые ими профилины и гельзолины могут взаимодействовать с эукариотическими актинами. [16] [17] Кроме того, тубулин Asgard архей из гидротермальных обитающих Odinarchaeota ( OdinTubulin ) был идентифицирован как настоящий тубулин. OdinTubulin образует протомеры и протофиламенты, наиболее похожие на эукариотические микротрубочки, но собирается в кольцевые системы, более похожие на FtsZ , что указывает на то, что OdinTubulin может представлять собой промежуточное звено в эволюции между FtsZ и тубулинами, образующими микротрубочки . [18] Они также, по-видимому, образуют везикулы при криогенной электронной микроскопии . Некоторые из них могут иметь S-уровень домена ДОК . [19] Они также разделяют трехстороннее расширение ES39 в рРНК LSU с эукариотами. [20] Кластеры генов или опероны, кодирующие рибосомальные белки, часто менее консервативны в своей организации в группе Асгарда, чем у других архей, что позволяет предположить, что порядок генов, кодирующих рибосомальные белки, может следовать филогении. [21]

Метаболизм

Асгардовые археи обычно являются облигатными анаэробами , хотя кариархеоты, гердархеоты и ходархеоты могут быть факультативными аэробами . [23] Они имеют путь Вуда-Люнгдала и осуществляют гликолиз . Члены могут быть автотрофами , гетеротрофами или фототрофами, использующими гелиородопсин . [22] Один представитель, Candidatus Prometheoarchaeum syntropicum , является синтрофным с сероредуцирующими протеобактериями и метаногенными архей. [19]

Имеющийся у них RuBisCO не связывает углерод, а, скорее всего, используется для утилизации нуклеозидов . [22]

Экология

Асгарды широко распространены по всему миру как географически, так и по ареалу обитания. Многие из известных клад ограничены отложениями, тогда как Lokiarchaeota, Thorarchaeota и еще одна клада занимают множество различных местообитаний. Соленость и глубина являются важными экологическими факторами для большинства архей Асгарда. Другие среды обитания включают тела животных, ризосферу растений, несоленые отложения и почвы, морскую поверхность и пресную воду. Кроме того, Асгарды связаны с рядом других микроорганизмов. [24]

Эукариотоподобные черты в подразделениях

В 2017 году было обнаружено, что тип Heimdallarchaeota имеет N-концевые стержневые гистоновые хвосты - особенность, которая ранее считалась исключительно эукариотической. В 2018 году было обнаружено, что у двух других типов архей, оба за пределами Асгарда, также были хвосты. [25]

В январе 2020 года ученые обнаружили Candidatus Prometheoarchaeum syntropicum , члена Lokiarcheota, который перекрестно питается двумя видами бактерий. Проводя аналогию с симбиогенезом , они считают эту связь возможной связью между простыми прокариотическими микроорганизмами и сложными эукариотическими микроорганизмами, возникшими примерно два миллиарда лет назад. [26] [19]

Филогения

Филогенетические отношения архей Асгарда изучались несколькими группами в 21 веке. [5] [4] [27] [23] Были получены различные результаты, например, с использованием 53 маркерных белков из базы данных таксономии генома . [28] [29] [30] В 2023 году Эме, Тамарит, Касерес и коллеги сообщили, что эукариоты обитают глубоко в Асгарде, как сестры Hodarchaeales в Heimdallarchaeia. [31]

Таксономия

В теории симбиогенеза слияние архей и аэробных бактерий привело к образованию эукариот с аэробными митохондриями ; второе слияние добавило хлоропласты , создав зеленые растения. [32]

В изображенном сценарии эукариоты находятся глубоко в дереве Асгарда. Предпочтительным сценарием является синтрофия, когда один организм зависит от питания другого. Альфа -протеобактерия была включена в митохондрии . [33] В культуре современные археи Асгарда образуют различные синтрофные зависимости. [34] Грегори Фурнье и Энтони Пул предположили, что Асгард является частью «дерева эукариот», образуя супертип, который они называют «эукариоморфами», определяемый «общими производными признаками» (сигнатурными белками эукариот). [35]

Таксономия неясна, поэтому названия типов являются несколько умозрительными. Список типов основан на Списке названий прокариот, имеющих номенклатуру (LPSN) [36] и Национальном центре биотехнологической информации (NCBI). [37]

Геномные элементы

Вирусы

С помощью метагеномики было обнаружено несколько групп вирусов семейного уровня, связанных с архей Асгарда. [38] [39] [40] Вирусы были отнесены к хозяевам Lokiarchaeia, Thorarchaeia, Odinarchaeia и Helarchaeia с использованием спейсера CRISPR, соответствующего соответствующим протоспейсерам в вирусных геномах. Две группы вирусов (называемые «вердандивирусами») родственны архейным и бактериальным вирусам класса Caudoviricetes , т. е. вирусам с икосаэдрическими капсидами и спиральными хвостами; [38] [40] две другие отдельные группы (называемые «скульдвирусами») отдаленно связаны с бесхвостыми архейными и бактериальными вирусами с икосаэдрическими капсидами царства Varidnaviria ; [38] [39] а третья группа вирусов (называемая wyrdviruses ) связана с архей-специфичными вирусами с вирусными частицами лимонной формы (семейство Halspiviridae ). [38] [39] Вирусы были идентифицированы в глубоководных отложениях [38] [40] и наземных горячих источниках Йеллоустонского национального парка. [39] Все эти вирусы демонстрируют очень низкое сходство последовательностей с другими известными вирусами, но, как правило, родственны ранее описанным прокариотическим вирусам, [41] не имея значимого сходства с вирусами эукариот. [42] [38]

Мобильные генетические элементы

Помимо вирусов, посредством сопоставления спейсеров CRISPR было обнаружено несколько групп загадочных мобильных генетических элементов , которые связаны с архей Асгарда линий Lokiarchaeia, Thorarchaeia и Heimdallarchaeia. [38] [43] Эти мобильные элементы не кодируют узнаваемые вирусные белки и могут представлять собой либо новые типы вирусов, либо плазмиды.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фурнье, врач общей практики; Пул, AM (2018). «Кратко аргументированный случай того, что асгардские археи являются частью дерева эукариот». Границы микробиологии . 9 : 1896. doi : 10.3389/fmicb.2018.01896 . ПМК  6104171 . ПМИД  30158917.
  2. ^ Да Кунья, Виолетт; Гайя, Морган; Гадель, Даниэле; и другие. (июнь 2017 г.). «Локиархеи являются близкими родственниками Euryarchaeota, не заполняя пропасть между прокариотами и эукариотами». ПЛОС Генетика . 13 (6): e1006810. дои : 10.1371/journal.pgen.1006810 . ПМЦ 5484517 . ПМИД  28604769. 
  3. ^ abcd Заремба-Недзведска, Катажина; Касерес, Ева Ф.; Пила, Джимми Х.; и другие. (январь 2017 г.). «Асгардские археи освещают происхождение сложности эукариотических клеток». Природа . 541 (7637): 353–358. Бибкод : 2017Natur.541..353Z. дои : 10.1038/nature21031. OSTI  1580084. PMID  28077874. S2CID  4458094.
  4. ^ аб Эме, Лаура; Спанг, Аня; Ломбард, Джонатан; Лестница, Кортни В.; Эттема, Тейс Дж.Г. (ноябрь 2017 г.). «Археи и происхождение эукариот». Обзоры природы. Микробиология . 15 (12): 711–723. doi : 10.1038/nrmicro.2017.133. PMID  29123225. S2CID  8666687.
  5. ^ аб Уильямс, Том А.; Кокс, Саймон Дж.; Фостер, Питер Г.; Сёллёси, Гергеи Дж.; Эмбли, Т. Мартин (январь 2020 г.). «Филогеномика обеспечивает надежную поддержку двухдоменного древа жизни». Экология и эволюция природы . 4 (1): 138–147. дои : 10.1038/s41559-019-1040-x. ПМК 6942926 . ПМИД  31819234. 
  6. ^ Нобс, Стефани-Джейн; Маклауд, Фрейзер И.; Вонг, Хон Лун; Бернс, Брендан П. (май 2022 г.). «Эукария-химера: эукариоты, вторичное нововведение двух областей жизни?». Тенденции в микробиологии . 30 (5): 421–431. дои : 10.1016/j.tim.2021.11.003. PMID  34863611. S2CID  244823103.
  7. ^ Дулиттл, У. Форд (февраль 2020 г.). «Эволюция: две области жизни или три?». Современная биология . 30 (4): Р177–Р179. дои : 10.1016/j.cub.2020.01.010 . ПМИД  32097647.
  8. ^ Йоргенсен, Штеффен Лет; Ханнисдал, Бьярте; Ланцен, Андерс; и другие. (октябрь 2012 г.). «Корреляция профилей микробных сообществ с геохимическими данными в сильно стратифицированных отложениях Арктического Срединно-океанического хребта». ПНАС . 109 (42): E2846–E2855. дои : 10.1073/pnas.1207574109 . ПМК 3479504 . ПМИД  23027979. 
  9. ^ Йоргенсен, Штеффен Лет; Торсет, Ингунн Х.; Педерсен, Рольф Б.; и другие. (4 октября 2013 г.). «Количественное и филогенетическое изучение группы глубоководных архей в отложениях Арктического срединно-океанического спредингового хребта». Границы микробиологии . 4 : 299. дои : 10.3389/fmicb.2013.00299 . ПМК 3790079 . ПМИД  24109477. 
  10. ^ Аб Спанг, Аня; Пила, Джимми Х.; Йоргенсен, Штеффен Л.; и другие. (май 2015 г.). «Сложные археи, устраняющие разрыв между прокариотами и эукариотами». Природа . 521 (7551): 173–179. Бибкод : 2015Natur.521..173S. дои : 10.1038/nature14447. ПМЦ 4444528 . ПМИД  25945739. 
  11. ^ Йонг, Эд. «Прорыв в поисках происхождения сложной жизни». Атлантический океан . Проверено 21 марта 2018 г.
  12. ^ фон Шнурбейн, Стефани (ноябрь 2000 г.). «Функция Локи в «Эдде» Снорри Стурлусона.". История религий . 40 (2): 109–124. doi : 10.1086/463618.
  13. ^ Спанг, Аня; Эме, Лаура; Пила, Джимми Х.; и другие. (март 2018 г.). «Асгардские археи — ближайшие прокариотические родственники эукариот». ПЛОС Генетика . 14 (3): e1007080. дои : 10.1371/journal.pgen.1007080 . ПМЦ 5875740 . ПМИД  29596421. 
  14. ^ Зейтц, Кили В.; Лазар, Кассандра С.; Хинрикс, Кай-Уве; и другие. (июль 2016 г.). «Геномная реконструкция нового, глубоко разветвленного типа архей отложений с путями ацетогенеза и восстановления серы». Журнал ISME . 10 (7): 1696–1705. дои : 10.1038/ismej.2015.233. ПМЦ 4918440 . ПМИД  26824177. 
  15. ^ Родригес-Оливейра, Тьяго; Волвебер, Флориан; Понсе-Толедо, Рафаэль И.; и другие. (12 января 2023 г.). «Актиновый цитоскелет и сложная клеточная архитектура у архея Асгарда». Природа . 613 (7943): 332–339. Бибкод : 2023Natur.613..332R. дои : 10.1038/s41586-022-05550-y. ISSN  0028-0836. ПМЦ 9834061 . ПМИД  36544020. 
  16. ^ Акыл, Джанер; Робинсон, Роберт С. (октябрь 2018 г.). «Геномы архей Асгарда кодируют профилины, регулирующие актин». Природа . 562 (7727): 439–443. Бибкод : 2018Natur.562..439A. дои : 10.1038/s41586-018-0548-6. PMID  30283132. S2CID  52917038.
  17. ^ Акыл, Джанер; Тран, Линь Т.; Оран-Приу, Магали; Баскаран, Йохендран; Мансер, Эдвард; Бланшуан, Лоран; Робинсон, Роберт С. (август 2020 г.). «Понимание эволюции регулируемой динамики актина посредством характеристики примитивных белков гельзолина / кофилина из архей Асгарда». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 117 (33): 19904–19913. Бибкод : 2020PNAS..11719904A. bioRxiv 10.1101/768580 . дои : 10.1073/pnas.2009167117 . ПМЦ 7444086 . ПМИД  32747565.  
  18. ^ Акыл, Джанер; Али, Самсон; Тран, Линь Т.; и другие. (март 2022 г.). «Структура и динамика тубулина Odinarchaeota и значение для эволюции эукариотических микротрубочек». Достижения науки . 8 (12): eabm2225. Бибкод : 2022SciA....8M2225A. doi : 10.1126/sciadv.abm2225. ПМЦ 8956254 . ПМИД  35333570. 
  19. ^ abc Имачи, Хироюки; Нобу, Масару К.; Накахара, Нозоми; и другие. (январь 2020 г.). «Изоляция археи на границе прокариот-эукариот». Природа . 577 (7791): 519–525. Бибкод : 2020Natur.577..519I. дои : 10.1038/s41586-019-1916-6. ПМК 7015854 . ПМИД  31942073. 
  20. ^ Пенев, Петр И.; Фахретаха-Аваль, Сара; Патель, Вайшнави Дж.; и другие. (октябрь 2020 г.). «Сверхразмерные сегменты расширения рибосомальной РНК у архей Асгарда». Геномная биология и эволюция . 12 (10): 1694–1710. дои : 10.1093/gbe/evaa170 . ПМЦ 7594248 . ПМИД  32785681. 
  21. ^ Тирумалай, Мадхан Р.; Рагхаван, Шивараман В.; Катти, Лейла А.; Сонг, Эрик Л.; Фокс, Джордж Э. (октябрь 2023 г.). «Организация кластера рибосомальных белков у асгардских архей». Архея (хидави) . 2023 : 16. дои : 10.1155/2023/5512414 . ПМЦ 10833476 . 
  22. ^ abcd МакЛауд, Фрейзер; Киндлер, Гарет С.; Вонг, Хон Лун; Чен, Рэй; Бернс, Брендан П. (2019). «Асгардские археи: разнообразие, функции и эволюционные последствия для ряда микробиомов». АИМС Микробиология . 5 (1): 48–61. doi :10.3934/микробиол.2019.1.48. ПМК 6646929 . ПМИД  31384702. 
  23. ^ Аб Лю, Ян; Макарова Кира С.; Хуан, Вэнь-Цун; и другие. (2020). «Расширение разнообразия архей Асгарда и неуловимое происхождение эукариот». биоRxiv . дои : 10.1101/2020.10.19.343400. S2CID  225056970.
  24. ^ Цай, Минвэй; Рихтер-Хайтманн, Тим; Инь, Сюран; и другие. (2021). «Экологические особенности и глобальное распространение архей Асгарда». Наука об общей окружающей среде . 758 : 143581. Бибкод : 2021ScTEn.758n3581C. doi : 10.1016/j.scitotenv.2020.143581. ISSN  0048-9697. PMID  33223169. S2CID  227134171.
  25. ^ Хеннеман, Брэм; ван Эммерик, Клара; ван Инген, Хьюго; Дама, Ремус Т. (сентябрь 2018 г.). «Структура и функции гистонов архей». ПЛОС Генетика . 14 (9): e1007582. Бибкод : 2018BpJ...114..446H. дои : 10.1371/journal.pgen.1007582 . ПМК 6136690 . ПМИД  30212449. 
  26. ↑ Циммер, Карл (15 января 2020 г.). «Этот странный микроб может стать одним из великих скачков в жизни: организм, живущий в океанском иле, дает ключ к разгадке происхождения сложных клеток всех животных и растений». Нью-Йорк Таймс . Проверено 16 января 2020 г. .
  27. ^ Лю, Ян; Макарова Кира С.; Хуан, Вэнь-Цун; Вольф, Юрий И.; Никольская, Анастасия; Чжан, Синьсюй; и другие. (май 2021 г.). «Расширенное разнообразие архей Асгарда и их отношения с эукариотами». Природа . 593 (7860): 553–557. Бибкод : 2021Natur.593..553L. дои : 10.1038/s41586-021-03494-3. PMID  33911286. S2CID  233447651.
  28. ^ "Выпуск GTDB 08-RS214" . База данных геномной таксономии . Проверено 10 мая 2023 г.
  29. ^ "ar53_r214.sp_label". База данных геномной таксономии . Проверено 10 мая 2023 г.
  30. ^ «История таксона». База данных геномной таксономии . Проверено 10 мая 2023 г.
  31. ^ Эме, Лаура; Тамарит, Дэниел; Касерес, Ева Ф.; и другие. (14 июня 2023 г.). «Вывод и реконструкция хеймдаллархейного происхождения эукариот». Природа . 618 (7967): 992–999. Бибкод : 2023Natur.618..992E. дои : 10.1038/s41586-023-06186-2. ПМЦ 10307638 . ПМИД  37316666. 
  32. ^ Латорре, А.; Дурбан, А.; Мойя, А.; Перето, Дж. (2011). «Роль симбиоза в эволюции эукариот». В Гарго, М.; Лопес-Гарсиа, П.; Мартин Х. (ред.). Происхождение и эволюция жизни: астробиологическая перспектива . Кембридж: Издательство Кембриджского университета . стр. 326–339. ISBN 978-0-521-76131-4. Архивировано из оригинала 24 марта 2019 года . Проверено 27 августа 2017 г.
  33. ^ Лопес-Гарсия, Очищение; Морейра, Дэвид (июль 2019 г.). «Эукариогенез, дело синтрофии». Природная микробиология . 4 (7): 1068–1070. дои : 10.1038/s41564-019-0495-5. ПМК 6684364 . ПМИД  31222170. 
  34. ^ Родригес-Оливейра, Тьяго; Волвебер, Флориан; Понсе-Толедо, Рафаэль И.; Сюй, Цзинвэй; Риттманн, Саймон К.-МР; Клингль, Андреас; Пилхофер, Мартин; Шлепер, Криста (январь 2023 г.). «Актиновый цитоскелет и сложная клеточная архитектура у архея Асгарда». Природа . 613 (7943): 332–339. Бибкод : 2023Natur.613..332R. дои : 10.1038/s41586-022-05550-y. ISSN  1476-4687. ПМЦ 9834061 . ПМИД  36544020. 
  35. ^ Фурнье, Грегори П.; Пул, Энтони М. (15 августа 2018 г.). «Кратко аргументированный случай того, что асгардские археи являются частью дерева эукариот». Границы микробиологии . 9 : 1896. doi : 10.3389/fmicb.2018.01896 . ISSN  1664-302X. ПМК 6104171 . ПМИД  30158917. 
  36. ^ Эзеби, JP "Супертип "Асгардархеота"". Список названий прокариот, имеющих номенклатуру (LPSN) . Проверено 27 июня 2021 г.
  37. ^ "Группа Асгард". База данных таксономии Национального центра биотехнологической информации (NCBI) . Проверено 20 марта 2021 г.
  38. ^ abcdefg Медведева, С.; Сан, Дж.; Ютин Н.; Кунин Евгений Владимирович ; Нунура, Т.; Ринке, К.; Крупович, М. (июль 2022 г.). «Три семейства архейных вирусов Асгарда, идентифицированные в геномах, собранных в метагеном». Природная микробиология . 7 (7): 962–973. дои : 10.1038/s41564-022-01144-6. PMID  35760839. S2CID  250091635.
  39. ^ abcd Тамарит, Д.; Касерес, EF; Крупович, М.; Найланд, Р.; Эме, Л.; Робинсон, Северная Каролина; Эттема, TJG (июль 2022 г.). «Закрытая хромосома Candidatus Odinarchaeum обнажает вирусы архей Асгарда». Природная микробиология . 7 (7): 948–952. дои : 10.1038/s41564-022-01122-y. ПМЦ 9246712 . PMID  35760836. S2CID  250090798. 
  40. ^ abc Рэмбо, IM; Лангвиг, М.В.; Леао, П.; Де Анда, В.; Бейкер, Би Джей (июль 2022 г.). «Геномы шести вирусов, заражающих архей Асгарда из глубоководных отложений». Природная микробиология . 7 (7): 953–961. дои : 10.1038/s41564-022-01150-8 . ПМИД  35760837.
  41. ^ Прангишвили, Д.; Бэмфорд, Д.Х.; Фортерре, П.; Иранзо, Дж.; Кунин Евгений Владимирович; Крупович, М. (ноябрь 2017 г.). «Загадочная архейная виросфера». Обзоры природы. Микробиология . 15 (12): 724–739. doi : 10.1038/nrmicro.2017.125. PMID  29123227. S2CID  21789564.
  42. ^ Аларкон-Шумахер, Т.; Эрдманн, С. (июль 2022 г.). «Кладбище архейных вирусов Асгарда». Природная микробиология . 7 (7): 931–932. дои : 10.1038/s41564-022-01148-2. PMID  35760838. S2CID  250091028.
  43. ^ Ву, Ф.; Спет, доктор медицинских наук; Философ А.; и другие. (февраль 2022 г.). «Уникальные мобильные элементы и масштабируемый поток генов на границе прокариот-эукариот, выявленные с помощью кольцевых геномов архей Асгарда». Природная микробиология . 7 (2): 200–212. дои : 10.1038/s41564-021-01039-y. ПМЦ 8813620 . ПМИД  35027677. 

Внешние ссылки