Den tradisjonelle grupperingen av livsformer i prokaryoter og eukaryoter ble revidert i 1977 da rRNA-sekvenskarakterisering avslørte at archaea (den gang kalt 'archaebacteria') er ''like fjernt beslektet med bakterier som bakterier er til eukaryoter.'' Dette nødvendiggjorde gruppering av levende organismer. inn i eubakterier (som omfatter alle typiske bakterier), archaea og eukaryoter. Spørsmålet om opprinnelse til eukaryoter gjensto. Etter hvert begynte bevis å bygge seg til fordel for arkeiske aner til eukaryoter. Av spesiell interesse var funnet at Asgard archaea har flere hundre gener for eukaryote signaturproteiner (ESPs) i genomet. ESP-er spiller en avgjørende rolle i utviklingen av cytoskjelett og komplekse cellulære strukturer som kjennetegner eukaryoter. I en banebrytende studie publisert 21. desember 2022, har forskere rapportert vellykket dyrking av en beriket kultur av unnvikende Asgard archaea som de avbildet ved hjelp av kryo-elektrontomografi. De observerte at Asgard-celler faktisk hadde et komplekst aktinbasert cytoskjelett. Dette var det første direkte visuelle beviset på arkeiske aner til eukaryoter, et betydelig skritt i forståelsen av opprinnelsen til eukaryoter.
Fram til 1977 ble livsformene på jorden gruppert i eukaryoter (komplekse former karakterisert ved inkludering av genetisk materiale i cellen i en veldefinert kjerne og tilstedeværelse av cytoskjelett) og prokaryoter (enklere livsformer med genetisk materiale i cytoplasma uten spesifisert kjerne, inkludert bakterier og arkebakterier). Det ble antatt at mobilnettet eukaryoter utviklet seg for rundt 2 milliarder år siden, sannsynligvis fra prokaryotene. Men hvordan oppstod eukaryotene? Hvordan er de komplekse cellulære livsformene knyttet til de enklere cellulære livsformene? Dette var et stort åpent spørsmål i biologi.
Teknologiske fremskritt innen molekylærbiologi av gen og protein bidro til å dykke inn i kjernen av problemet da archaea (den gang kalt 'archaebacteria') i 1977 ble funnet å være ''like fjernt beslektet med bakterier som bakterier er til eukaryoter».' Den tidligere forskjellen mellom livsformer i prokaryoter og eukaryoter var basert på fenotypiske forskjeller på nivået av celleorganeller. Fylogenetisk forhold bør i stedet være basert på et vidt distribuert molekyl. Ribosomalt RNA (rRNA) er et slikt biomolekyl som er tilstede i alle selvreplikerende systemer og hvis sekvenser endres svært lite med tiden. Analyse basert på rRNA-sekvenskarakterisering nødvendiggjorde gruppering av levende organismer i eubakterier (som omfatter alle typiske bakterier), archaeaog eukaryoter1.
Deretter begynner det å dukke opp bevis på nærmere forhold mellom arkea og eukaryoter. I 1983 ble det funnet at DNA-avhengige RNA-polymeraser av archaea og eukaryoter er av samme type; begge viser slående like immunkjemiske egenskaper og begge er avledet fra en felles forfedres struktur2. Basert på et antatt sammensatt fylogenetisk tre av et proteinpar, avslørte en annen studie publisert i 1989 en nærmere relasjon mellom arkea og eukaryoter enn til eubakterier3. På dette tidspunktet, den arkeiske opprinnelsen til eukaryoter ble etablert, men eksakte arkearter gjensto å bli identifisert og studert.
Vekst i genomiske studier etter suksess i genomprosjekt, ga et sårt tiltrengt fyll til dette området. Mellom 2015-2020 fant flere studier at Asgard archaea bærer eukaryote spesifikke gener. Genomene deres er beriket for proteiner som anses som spesifikke for eukaryoter. Disse studiene identifiserte tydelig at Asgard archaea har den nærmeste genetiske nærhet til eukaryoten i kraft av tilstedeværelsen av hundrevis av gener for eukaryote signaturproteiner (ESPs) i genomet.
Det neste trinnet var å fysisk visualisere den indre kjellerstrukturen til Asgard archaea for å bekrefte rollen til ESP-er, slik det er allment antatt at ESP-er spiller en nøkkelrolle i dannelsen av komplekse cellulære strukturer. For dette trengtes svært berikede kulturer av denne arkeen, men Asgard er kjent for å være unnvikende og mystisk. forårsaker vanskeligheter med å dyrke i store nok mengder til å studere dem i et laboratorium. I henhold til en studie nylig rapportert 21. desember 2022, er denne vanskeligheten nå overvunnet.
Forskerne har, etter seks år med hardt arbeid, improviserte teknikker og har vellykket dyrket i laboratoriet, en svært beriket kultur av 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', medlem av Asgard-filumet. Dette var en bemerkelsesverdig prestasjon, også fordi dette gjorde det mulig for forskere å visualisere og studere de indre cellulære strukturene til Asgard.
Kryo-elektrontomografi ble brukt for å avbilde berikelseskulturen. Asgard-cellene hadde coccoid-cellelegemer og et nettverk av forgrenede fremspring. Celleoverflatestrukturen var kompleks. Cytoskjelettet utvidet seg gjennom cellelegemene. De tvunnede dobbelttrådete filamentene omfatter Lokiactin (dvs. aktinhomologer kodet av Lokiarchaeota). Således hadde Asgard-celler et komplekst aktinbasert cytoskjelett, som forskerne foreslår, forut for utviklingen av den første eukaryoter.
Som det første konkrete fysiske/visuelle beviset på arkeiske aner til eukaryoter, er dette en bemerkelsesverdig fremgang innen biologi.
***
Referanser:
- Woese CR og Fox GE, 1977. Fylogenetisk struktur av det prokaryote domenet: De primære kongedømmene. Publisert november 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. GJØR JEG: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J., et al 1983. Arkebakterier og eukaryoter har DNA-avhengige RNA-polymeraser av en vanlig type. EMBO J. 2, 1291-1294 (1983). GJØR JEG: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., et al 1989. Evolusjonært forhold mellom arkebakterier, eubakterier og eukaryoter utledet fra fylogenetiske trær av dupliserte gener. Proc. Natl Acad. Sci. USA 86, 9355–9359. GJØR JEG: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Actin cytoskjelett og kompleks cellearkitektur i en Asgard-arkeon. Publisert: 21. desember 2022. Nature (2022). GJØR JEG: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
