Область: эволюционная геномика

Источник: Wang et al., «Филогеномная реконструкция показывает, что предок митохондрий был энергетическим паразитом», PLoS One

Для начала дадим слово Джорджу Лукасу.

Кумбайя. Первым делом — работа над ошибками мэтра. Раз: жизнь без митохондрий есть (все бактерии и все археи, то есть большая часть биомассы Земли). Два: нужны они нам не для деления, а для производства энергии и обезвреживания кислорода, который, вообще-то, токсичный химикат. Три: появились митохондрии значительно позже, чем жизнь как таковая. Когда точно — неизвестно, но миллиардец лет набежит.

Однако в 1977 году, когда идея джедайского микроба впервые посетила Лукаса, саму суть вопроса он понял правильно и усвоил главное:

Жизнь требует топлива — глюкозы например. Но саму глюкозу в клеточный бензобак не зальешь. Ее нужно расщепить и превратить в аденозинтрифосфат, или АТФ, — единственную энергетическую валюту, которую в клетке принимают. Без митохондрий из одной молекулы глюкозы мы можем добыть две молекулы АТФ. С митохондриями — в 19 раз больше. Свои чудеса АТФ-производства митохондрии творят благодаря способности усваивать кислород. Дышим мы не для себя, а для митохондрий. Без них кислород был бы ядом.

В обмен на энергию и кислородное противоядие, говорит традиционная биологическая сказка из учебников и лекций первокурсникам, клетки-хозяева обеспечили митохондрию защитой и питанием. Апофеозом этой идиллии стал официальный переезд изрядной доли митохондриальных генов в ядро — клеточную библиотеку ДНК, где хранятся чертежи и планы всех клеточных компонентов и процессов. Главное — работай и дыши, а все остальное мы тебе произведем.

Вон даже в «Звездных войнах» мидихлорианы — это, оказывается, метафора солидарности трудящихся.

Но биологи  Цзан Ванг и Мартин Ву из Вирджинского университета все испортили.

Чтобы понять, что собой представляли премитохондрии — то есть те самые бактерии, которым впервые пришло в голову внедриться в чужую клетку и там остаться, — ученые сравнили геномы современных митохондрий с геномами широкого спектра похожих современных бактерий.

Логика таких исследований всегда одна и та же.

Если найти ближайших современных родственников митохондрий, то можно понять, что собой представлял их общий предок, а следовательно — с чего будущие митохондрии начинали свой путь.

Чтобы найти что-то интересное, сравнивать нужно целые геномы. Раньше чтение, или секвенирование, целого генома было делом долгим и дорогостоящим. Теперь новые геномы выкладываются в свободный доступ каждую неделю. Поэтому у ученых впервые появилась возможность сравнить митохондрию со всеми ее ближайшими родственниками.

Выяснилось следующее. Митохондрии, как оказалось, принадлежат к отряду бактерий Rickettsiales. Ученые выявили три группы митохондриальных «двоюродных сестер» и принялись копаться в их генах. И докопались.

Функция современной митохондрии — производить для всей клетки АТФ. АТФ производится из другой молекулы — АДФ. АДФ — это как бы разряженный молекулярный аккумулятор, а АТФ — тот же аккумулятор, но напитанный энергией. Так вот, среди генов всех ближайших сестринских групп митохондрий обнаружился ген, кодирующий особый белок, обменивающий АДФ на АТФ. В современных митохондриях такой обменник тоже есть: он импортирует в митохондрию АДФ — разряженные аккумуляторы — и одновременно экспортирует заряженные — АТФ. Проблема в том, что все родственники митохондрий поступают с точностью до наоборот: они импортируют полезный АТФ, а экспортируют отработанный АДФ.

Если данные вирджинских ученых подтвердятся, то всю романтичную историю с благородными мидихлорианами придется пересмотреть. По новой версии, все началось не с обоюдовыгодного симбиоза, а с циничного паразитизма. И только потом митохондрии сообразили, что в дружбе с клеткой-хозяином тоже есть плюсы. И остались на месте преступления навсегда.

Ну и напоследок прекрасное. Знаете, как называется одна из трех сестринских групп, к которой, по новым данным, митохондрии ближе всего? Midichloriaceae — «мидихлориановые». Их первооткрыватели даже спрашивали у Лукаса разрешения.