QUẢNG CÁO

Sinh vật nhân thực: Câu chuyện về tổ tiên Archaeal của nó

Việc phân nhóm truyền thống các dạng sống thành sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn đã được sửa đổi vào năm 1977 khi đặc điểm trình tự rRNA tiết lộ rằng vi khuẩn cổ (khi đó được gọi là 'vi khuẩn cổ') ''có quan hệ họ hàng xa với vi khuẩn cũng như vi khuẩn có họ hàng với sinh vật nhân chuẩn''. thành eubacteria (bao gồm tất cả các vi khuẩn điển hình), vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn. Câu hỏi về nguồn gốc của sinh vật nhân chuẩn vẫn còn. Tất nhiên, các bằng chứng bắt đầu được xây dựng có lợi cho tổ tiên cổ xưa của sinh vật nhân chuẩn. Mối quan tâm đặc biệt là phát hiện rằng vi khuẩn cổ Asgard có hàng trăm gen protein đặc trưng của sinh vật nhân chuẩn (ESP) trong bộ gen của chúng. Các ESP đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển khung tế bào và đặc điểm cấu trúc tế bào phức tạp của sinh vật nhân chuẩn. Trong một nghiên cứu mang tính đột phá được công bố vào ngày 21 tháng 2022 năm XNUMX, các nhà nghiên cứu đã báo cáo việc nuôi cấy thành công một nền văn hóa phong phú của vi khuẩn cổ Asgard khó nắm bắt mà họ đã chụp ảnh bằng phương pháp chụp cắt lớp điện tử lạnh. Họ đã quan sát thấy các tế bào Asgard thực sự có khung tế bào dựa trên actin phức tạp. Đây là bằng chứng trực quan trực tiếp đầu tiên về tổ tiên cổ xưa của sinh vật nhân chuẩn, một bước tiến quan trọng trong sự hiểu biết về nguồn gốc của sinh vật nhân chuẩn.  

Cho đến năm 1977, các dạng sống trên Trái đất được nhóm lại thành sinh vật nhân chuẩn (các dạng phức tạp được đặc trưng bằng cách đưa các vật liệu di truyền của tế bào vào trong một nhân xác định và sự hiện diện của bộ khung tế bào) và sinh vật nhân sơ (các dạng sống đơn giản hơn với vật liệu di truyền trong tế bào chất không có nhân xác định, bao gồm cả vi khuẩn và vi khuẩn cổ). Người ta cho rằng sinh vật nhân chuẩn tế bào đã tiến hóa khoảng 2 tỷ năm trước, có lẽ là từ sinh vật nhân sơ. Nhưng, chính xác thì sinh vật nhân chuẩn có nguồn gốc như thế nào? Làm thế nào các dạng sống tế bào phức tạp được kết nối với các dạng sống tế bào đơn giản hơn? Đây là một câu hỏi mở lớn trong sinh học.  

Những tiến bộ công nghệ trong sinh học phân tử của gen và protein đã giúp đi sâu vào cốt lõi của vấn đề khi, vào năm 1977, vi khuẩn cổ (khi đó được gọi là 'vi khuẩn cổ') được phát hiện là ''có họ hàng xa với vi khuẩn cũng như vi khuẩn có họ hàng xa với sinh vật nhân chuẩn.'' Sự phân biệt trước đây của các dạng sống thành sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn dựa trên sự khác biệt về kiểu hình ở cấp độ bào quan tế bào. Thay vào đó, mối quan hệ phát sinh gen nên dựa trên một phân tử được phân bố rộng rãi. RNA ribosome (rRNA) là một trong những phân tử sinh học như vậy hiện diện trong tất cả các hệ thống tự sao chép và có trình tự thay đổi rất ít theo thời gian. Phân tích dựa trên đặc tính trình tự rRNA đòi hỏi phải phân nhóm các sinh vật sống thành vi khuẩn eubacteria (bao gồm tất cả các vi khuẩn điển hình), khảo cổ, và sinh vật nhân chuẩn1.  

Sau đó, bằng chứng về mối quan hệ chặt chẽ hơn giữa vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn bắt đầu xuất hiện. Năm 1983, người ta phát hiện ra rằng các polymerase RNA phụ thuộc DNA của vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn là cùng loại; cả hai đều thể hiện các đặc tính hóa học miễn dịch tương tự nhau và cả hai đều có nguồn gốc từ một cấu trúc tổ tiên chung2. Dựa trên một cây phát sinh gen tổng hợp được suy luận của một cặp protein, một nghiên cứu khác được công bố vào năm 1989, cho thấy mối quan hệ gần gũi hơn của vi khuẩn cổ với sinh vật nhân chuẩn hơn là vi khuẩn bạch cầu3. Vào thời điểm này, nguồn gốc vi khuẩn cổ của sinh vật nhân thực đã được thiết lập nhưng các loài vi khuẩn cổ chính xác vẫn được xác định và nghiên cứu.  

Sự phát triển trong nghiên cứu về gen sau thành công trong dự án bộ gen, đã cung cấp một nguồn bổ sung rất cần thiết cho khu vực này. Giữa năm 2015-2020, một số nghiên cứu cho thấy Asgard khảo cổ mang gen đặc hiệu của eukaryote. Bộ gen của chúng được làm giàu với các protein được coi là đặc trưng cho sinh vật nhân chuẩn. Những nghiên cứu này đã xác định rõ ràng vi khuẩn cổ Asgard có mức độ di truyền gần nhất với sinh vật nhân chuẩn nhờ sự hiện diện của hàng trăm gen đặc trưng của sinh vật nhân chuẩn (ESP) trong bộ gen của chúng.  

Bước tiếp theo là trực quan hóa cấu trúc tế bào bên trong của vi khuẩn cổ Asgard để xác nhận vai trò của ESP vì nhiều người cho rằng ESP đóng vai trò chính trong việc hình thành các cấu trúc tế bào phức tạp. Đối với điều này, các nền văn hóa được làm giàu cao độ của vi khuẩn cổ này là cần thiết nhưng Asgard được biết đến là khó nắm bắt và bí ẩn. gây khó khăn trong việc nuôi cấy với số lượng đủ lớn để nghiên cứu chúng trong phòng thí nghiệm. Theo một nghiên cứu được báo cáo gần đây vào ngày 21 tháng 2022 năm XNUMX, khó khăn này hiện đã được khắc phục.  

Các nhà nghiên cứu, sau sáu năm làm việc chăm chỉ, đã ứng biến các kỹ thuật và đã nuôi cấy thành công trong phòng thí nghiệm, một nền văn hóa rất phong phú về 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', một thành viên của Asgard phylum. Đây là một thành tựu đáng chú ý, cũng bởi vì điều này cho phép các nhà nghiên cứu hình dung và nghiên cứu cấu trúc tế bào bên trong của Asgard.    

Chụp cắt lớp điện tử lạnh được sử dụng để hình ảnh hóa nền văn hóa làm giàu. Các tế bào Asgard có thân tế bào hình cầu và một mạng lưới các nhánh nhô ra. Cấu trúc bề mặt tế bào rất phức tạp. Cytoskeleton mở rộng khắp cơ thể tế bào. Các sợi xoắn kép bao gồm Lokiactin (viz. tương đồng actin được mã hóa bởi Lokiarchaeota). Do đó, các tế bào Asgard có khung tế bào dựa trên actin phức tạp, mà các nhà nghiên cứu đề xuất, có trước sự tiến hóa của các sinh vật nhân chuẩn đầu tiên.  

Là bằng chứng vật lý/hình ảnh cụ thể đầu tiên về tổ tiên vi khuẩn cổ của sinh vật nhân chuẩn, đây là một tiến bộ đáng chú ý trong sinh học.

*** 

Tài liệu tham khảo:  

  1. Woese CR và Fox GE, 1977. Cấu trúc phát sinh gen của lĩnh vực sinh vật nhân sơ: Các vương quốc chính. Xuất bản tháng 1977 năm 74. PNAS. 11(5088) 5090-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  
  1. Huệ, J., et al 1983. Archaebacteria và eukaryote sở hữu một loại RNA polymerase phụ thuộc DNA. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  
  1. Iwabe, N., et al 1989. Mối quan hệ tiến hóa của vi khuẩn cổ, vi khuẩn có nguồn gốc và sinh vật nhân thực được suy ra từ cây phát sinh gen của các gen được sao chép. Proc. Học viện Natl. Khoa học. Hoa Kỳ 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  
  1. Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Khung tế bào Actin và kiến ​​trúc tế bào phức tạp trong một khảo cổ học Asgard. Đã xuất bản: 21 tháng 2022 năm 2022. Thiên nhiên (XNUMX). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Nhà báo khoa học | Biên tập viên sáng lập tạp chí Khoa học Châu Âu

Theo dõi bản tin của chúng tôi

Để được cập nhật tất cả các tin tức mới nhất, ưu đãi và thông báo đặc biệt.

Hầu hết các bài viết được ưa thích

Một cách tiếp cận mới để điều trị bệnh béo phì

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu một cách tiếp cận thay thế để điều chỉnh ...

Thiomargarita phóng đại: Vi khuẩn lớn nhất thách thức ý tưởng của Prokaryote 

Thiomargarita phóng đại, vi khuẩn lớn nhất đã tiến hóa để thu được ...

Xây dựng các cấu trúc sinh học 'thực' bằng cách sử dụng in sinh học 3D

Trong một bước tiến lớn trong kỹ thuật in sinh học 3D, các tế bào và ...
- Quảng cáo -
94,555Người hâm mộNhư
47,688Người theo dõiTheo
1,772Người theo dõiTheo
30Thuê baoTheo dõi