Между самостоятельным организмом и клеточной «деталью» есть эволюционный мост — и исследователи из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе нашли ключевое звено в этом процессе.

Изучая одноклеточных простейших жгутиконосцев Angomonas deanei, команда профессора Евы Новак обнаружила, как бактерии, поглощённые клеткой, превращаются в управляемые органеллы. Это открытие не только раскрывает тайну происхождения митохондрий, но и приближает эру синтетической биологии, где искусственные симбионты смогут выполнять запрограммированные функции внутри клеток.

Около 40–120 миллионов лет назад предки современных Strigomonadinae (подсемейство одноклеточных жгутиковых организмов) поглотили протеобактерию, которая со временем стала их эндосимбионтом — постоянным «поставщиком» метаболитов и кофакторов, критичных для выживания клетки. Сегодня этот симбионт, встроенный в организм жгутиконосцев, больше напоминает биологический чип, чем самостоятельный микроорганизм: он лишился почти всех генов, отвечающих за деление, и синхронизирует свой цикл с хозяином. Исследователи выяснили, что контроль над процессом взял на себя белок ETP9, вырабатываемый клеткой-хозяином.

На изображении одноклеточный организм Angomonas deanei демонстрирует синхронное деление клетки-хозяина (прозрачная оболочка) и её эндосимбионта (оранжевая структура). Белок ETP9 (светящееся зелёное кольцо), созданный ядром хозяина, формирует «молекулярный контролёр» в точке разделения симбионта — механизм, напоминающий эволюцию митохондрий. Источник: HHU / Anay Maurya and Eva Nowack

Раньше эндосимбионт делился самостоятельно, используя бактериальный белок FtsZ, который отмечает точку разделения. Однако сейчас, как показали эксперименты, без ETP9 этот механизм даёт сбой: вместо деления образуются вытянутые структуры со множеством неработающих «меток» FtsZ. Это похоже на попытку запустить двигатель без стартера — даже при наличии топлива система не активируется. Утратив генетическую автономию, симбионт стал зависим от команд, поступающих из ядра клетки.

«Мы наблюдаем промежуточный этап эволюции, — говорит ведущий автор исследования, профессор Ева Новак. — Эндосимбионт Angomonas deanei уже не бактерия, но ещё не полноценная органелла. Он сохранил лишь остатки исходного механизма деления, который теперь регулируется хозяином». Это открытие объясняет, как митохондрии, произошедшие от бактерий миллиарды лет назад, стали «энергостанциями» эукариотических клеток.

Практическое значение работы выходит за рамки эволюционной биологии. Понимание механизма контроля над симбионтами открывает путь к созданию искусственных аналогов — например, бактерий, которые можно интегрировать в клетки для производства лекарств или утилизации токсинов. Синтетические эндосимбионты смогут выполнять задачи, закодированные в их ДНК, но управляемые извне.

Сейчас команда Новак совместно с микробиологами и специалистами по визуализации изучает молекулярные взаимодействия между ETP9 и FtsZ. В перспективе это может привести к разработке методов «перепрошивки» симбионтов для целевой доставки препаратов или восстановления тканей. Такие технологии позволят создать гибридные биосистемы, где искусственные компоненты работают в тандеме с естественными процессами клетки — как когда-то протеобактерия начала свой путь от независимого организма до части живых существ.

Подробнее на iXBT