Уникальный нитропласт: обнаружен клеточный компонент, меняющий баланс в природе

Недавно международная группа ученых обнаружила первую известную органеллу, способную фиксировать азот внутри эукариотической клетки, что стало четвертым случаем первичного эндосимбиоза в истории. Этот процесс означает поглощение прокариотической клетки эукариотической клеткой и её последующее превращение в органеллу.

Новая органелла, получивший название "нитропласт", была обнаружена в результате многолетних исследований и немалой доли удачи. В 1998 году Джонатан Цер, профессор морских наук из Калифорнийского университета в Санта-Круз, обнаружил в водах Тихого океана ДНК неизвестной азотфиксирующей цианобактерии, UCYN-A. Это открытие стало отправной точкой для дальнейшего изучения необычного симбиоза между UCYN-A и морской водорослью, хозяином бактерии.

Исследования показали, что UCYN-A и водоросль-хозяин синхронизировали свои метаболизмы, что привело к появлению "органеллоподобных" свойств у UCYN-A. Это было подтверждено благодаря технологии мягкой рентгеновской томографии, разработанной Кэролин Ларабелл из Национального центра рентгеновской томографии в Лаборатории Беркли.

Отношения между UCYN-A и её хозяином настолько углубились, что UCYN-A начала полагаться на белки, производимые хозяйской клеткой, что является ключевым признаком трансформации от эндосимбионта к полноценной органелле. Именно такие изменения, сокращение генома и зависимость от хозяина, являются характерными для органелл, таких как митохондрии и хлоропласты.

Открытие нитропласта не только пересматривает существующие представления о возможностях клеточной эволюции, но и может иметь значительные последствия для экологии океанов и сельского хозяйства. Нитропласты могут разбивать молекулы азота, делая его доступным для других организмов, что является ключевым для поддержания жизнедеятельности многих экосистем.

Это открытие открывает новые возможности для интеграции натуральной азотфиксации в агрокультуры, что может революционизировать производство удобрений и уменьшить углеродные выбросы от их текущего производства.

Исследование было поддержано фондом Саймонса, Национальным институтом общей медицины и Департаментом энергетики США.