Die tradisionele groepering van lewensvorme in prokariote en eukariote is in 1977 hersien toe rRNA-volgorde-karakterisering aan die lig gebring het dat archaea (toe genoem 'archaebacteria') ''so ver verwant is aan bakterieë as wat bakterieë aan eukariote is.'' Dit het groepering van lewende organismes genoodsaak. in eubakterieë (wat alle tipiese bakterieë bevat), archaea en eukariote. Die kwessie van oorsprong van eukariote het gebly. Mettertyd het bewyse begin bou ten gunste van argaeale afkoms van eukariote. Van besondere belang was die bevinding dat Asgard archaea etlike honderde gene van eukariotiese handtekeningproteïene (ESP's) in hul genoom het. ESP's speel 'n deurslaggewende rol in die ontwikkeling van sitoskelet en komplekse sellulêre strukture eienskappe van eukariote. In 'n deurbraakstudie wat op 21 Desember 2022 gepubliseer is, het navorsers die suksesvolle verbouing van 'n verrykte kultuur van ontwykende Asgard archaea aangemeld wat hulle met behulp van krio-elektrontomografie afgebeeld het. Hulle het waargeneem Asgard-selle het inderdaad komplekse actien-gebaseerde sitoskelet. Dit was die eerste direkte visuele bewys van argaeale afkoms van eukariote, 'n belangrike stap in die begrip van die oorsprong van eukariote.
Tot 1977 was die lewensvorme op Aarde gegroepeer in eukariote (komplekse vorme wat gekenmerk word deur insluiting van genetiese materiaal van die sel in 'n goed gedefinieerde kern en die teenwoordigheid van sitoskelet) en prokariote (eenvoudiger lewensvorme met genetiese materiaal in sitoplasma sonder 'n gespesifiseerde kern, insluitend bakterieë en argebakterieë). Daar is gedink dat sellulêre eukariote het ongeveer 2 biljoen jaar gelede ontwikkel, waarskynlik van die prokariote. Maar hoe presies het die eukariote ontstaan? Hoe is die komplekse sellulêre lewensvorme verbind met die eenvoudiger sellulêre lewensvorme? Dit was 'n groot oop vraag in biologie.
Tegnologiese vooruitgang in molekulêre biologie van geen en proteïen het gehelp om in die kern van die kwessie te delf toe daar in 1977 gevind is dat archaea (toe genoem 'archaebacteria') ''so ver verwant aan bakterieë as wat bakterieë is eukariote'' Die vroeëre onderskeiding van lewensvorme in prokariote en eukariote was gebaseer op fenotipiese verskille op die vlak van selorganelle. Filogenetiese verwantskap moet eerder gebaseer wees op 'n wydverspreide molekule. Ribosomale RNA (rRNA) is een so 'n biomolekule wat in alle self-repliserende sisteme teenwoordig is en waarvan die volgordes baie min verander met tyd. Analise gebaseer op rRNA-volgorde-karakterisering het die groepering van lewende organismes in eubakterieë genoodsaak (wat alle tipiese bakterieë bevat), archaea, en eukariote1.
Daarna het bewyse van nouer verwantskap tussen archaea en eukariote begin verskyn. In 1983 is gevind dat DNA-afhanklike RNA-polimerases van archaea en eukariote is van dieselfde tipe; beide toon treffend soortgelyke immunochemiese eienskappe en albei is afgelei van 'n gemeenskaplike voorouerstruktuur2. Gebaseer op 'n afgeleide saamgestelde filogenetiese boom van 'n proteïenpaar, het 'n ander studie wat in 1989 gepubliseer is, 'n nouer verwantskap van archaea met eukariote aan die lig gebring as met eubakterieë3. Teen hierdie tyd, die argeale oorsprong van eukariote is gevestig, maar presiese argaeale spesies moet geïdentifiseer en bestudeer word.
Groei in genomiese studies na sukses in genoom projek, het 'n broodnodige vullis aan hierdie gebied verskaf. Tussen 2015-2020 het verskeie studies bevind dat Asgard archaea dra eukariote spesifieke gene. Hulle genome word verryk vir proteïene wat as spesifiek vir eukariote beskou word. Hierdie studies het duidelik geïdentifiseer dat Asgard archaea die naaste genetiese nabyheid aan die eukariote het as gevolg van die teenwoordigheid van honderde eukariotiese handtekeningproteïene (ESP's) gene in hul genoom.
Die volgende stap was om die interne kelderstruktuur van die Asgard archaea fisies te visualiseer om die rol van ESP's te bevestig, soos wat algemeen aanvaar word dat ESP's 'n sleutelrol speel in die vorming van komplekse sellulêre strukture. Hiervoor was hoogs verrykte kulture van hierdie archaea nodig, maar dit is bekend dat Asgard ontwykend en geheimsinnig is. Dit veroorsaak probleme met verbouing in groot genoeg hoeveelheid om dit in 'n laboratorium te bestudeer. Volgens 'n studie wat onlangs op 21 Desember 2022 aangemeld is, is hierdie moeilikheid nou oorkom.
Die navorsers het, na ses jaar se harde werk, tegnieke geïmproviseer en suksesvol in laboratorium gekweek, 'n hoogs verrykte kultuur van 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', 'n lid van die Asgard-filum. Dit was 'n merkwaardige prestasie, ook omdat dit navorsers in staat gestel het om die innerlike sellulêre strukture van Asgard te visualiseer en te bestudeer.
Krio-elektrontomografie is gebruik om die verrykingskultuur te beeld. Die Asgard-selle het kokoïedselliggame en 'n netwerk van vertakte uitsteeksels gehad. Seloppervlakstruktuur was kompleks. Sitoskelet het deur die selliggame uitgebrei. Die gedraaide dubbelstrengs filamente bestaan uit Lokiactin (nl. actin-homoloë wat deur Lokiarchaeota gekodeer word). Asgard-selle het dus komplekse actien-gebaseerde sitoskelet gehad, wat die navorsers voorstel, voor die evolusie van die eerste eukariote.
As die eerste konkrete fisiese/visuele bewys van argaeale afkoms van eukariote, is dit 'n merkwaardige vordering in biologie.
***
Verwysings:
- Woese CR en Fox GE, 1977. Filogenetiese struktuur van die prokariotiese domein: Die primêre koninkryke. Gepubliseer November 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J., et al 1983. Argebakterieë en eukariote besit DNA-afhanklike RNA-polimerases van 'n algemene tipe. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabe, N., et al 1989. Evolusionêre verwantskap van argebakterieë, eubakterieë en eukariote afgelei van filogenetiese bome van gedupliseerde gene. Proc. Natl Acad. Wetenskap. VSA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Aktien-sitoskelet en komplekse sel-argitektuur in 'n Asgard-argeon. Gepubliseer: 21 Desember 2022. Nature (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
***
