Современные эукариотические клетки содержат многочисленные органеллы, которые когда-то были независимыми бактериями. Чтобы понять, как эти бактерии были интегрированы в клетки в ходе эволюции и как они контролируются, исследовательская группа из Института микробной клеточной биологии Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) исследовала одноклеточный жгутиковый Angomonas deanei, который содержит бактерию, которая была поглощена относительно недавно.

В журнале Current Biology биологи теперь описывают, как определенные белки жгутиковых, среди прочего, контролируют процесс клеточного деления бактерии.

В ходе эволюции современные эукариотические клетки (клетки с ядром) впитали бактерии из окружающей среды. Клетки взяли инкорпорированные бактерии под свой контроль и теперь используют их для важных функций, таких как метаболические процессы. Таким образом, бактерии превратились в клеточные органеллы. Органеллы, которые возникли из таких "эндосимбионтов" (симбионтов внутри клетки), включают митохондрии, "электростанции клетки", и хлоропласты, в которых происходит фотосинтез в растениях. Это произошло примерно 1,5-2 миллиарда лет назад.

Органеллы, чьи бактериальные предшественники обладали собственным генетическим материалом, значительно сократили свой геном, что означает, что со временем они становятся все более зависимыми от клетки-хозяина. Их метаболизм, белковый состав и размножение в настоящее время в значительной степени контролируются организмом-хозяином.

Но как происходил этот процесс адаптации с эволюционной точки зрения? Чтобы выяснить это, рабочая группа, возглавляемая профессором доктором Евой Новак из Института микробной клеточной биологии HHU, исследовала Angomonas deanei, жгутиконосца, который живет в кишечнике насекомых. Этот модельный организм особенно хорошо подходит для ответа на этот вопрос, поскольку каждый из этих одноклеточных организмов содержит всего одну симбиотическую бактерию, которая была инкорпорирована относительно недавно (между 40 и 120 миллионами лет назад). Эта бактерия снабжает хозяина витаминами и определенными метаболитами.

Подобно митохондриям и хлоропластам, геном бактерии уже сокращен по сравнению с ее свободноживущими родственниками, но еще не в такой степени, как у обычных органелл. Однако интеграция достаточно продвинута, чтобы деление клеток происходило синхронно: когда организм—хозяин делится, то же самое делает и бактерия - только один раз, причем одна часть попадает в каждую новую жгутиковидную клетку.

Исследовательская группа из Дюссельдорфа хотела выяснить, как клетка-хозяин контролирует эндосимбионта. Они исследовали его белковый состав и обнаружили, что определенное количество белков из клетки-хозяина переносится в эндосимбионт. Три из этих белков образуют кольцо вокруг места его деления.

Исследователи смогли предсказать функцию двух из этих белков, сравнив их с известными белковыми последовательностями. Один из них похож на белок "динамин", который может полимеризоваться в сократительные спиральные цепи. Известно, что еще один белок, так называемая пептидогликангидролаза, способна разрушать стенки бактериальных клеток.

В митохондриях и хлоропластах динаминоподобные белки также образуют кольцо вокруг места деления органелл, и сокращение этого кольца способствует делению органелл. Кроме того, для деления некоторых хлоропластов требуется пептидогликаногидролаза для разрушения остатков бактериальной клеточной стенки в месте деления этих органелл.

Профессор Новак говорит, что их "работа показывает, что эукариотическая клетка-хозяин может передавать определенные белки эндосимбионту на относительно ранней стадии эволюции эндосимбиотических отношений. Эти белки позволяют клетке получить контроль над симбионтом."