Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Л. Краусс
«Страх физики». Глава из книги


Интервью с В. Сурдиным
Полет на Луну — это командировка на неделю


А. Акопян
Как ищут тёмную материю


И. Акулич
Идеальный почтовый индекс


А. Бердников
Интерференция в домашних условиях. Плёнки и антиплёнки


Интервью с Л. Марголисом
Леонид Марголис: «Мне всегда было интересно, как клетки разговаривают друг с другом»


А. Иванов
Сибирь и Северная Америка были единым целым более миллиарда лет назад


П. Амнуэль
Одиночество во Вселенной


Р. Фишман
Детективы каменного века


О. Макаров
Животные, которые дарят надежду







Главная / Новости науки версия для печати

Расшифрован геном хоанофлагеллят — ближайших одноклеточных родичей всех многоклеточных животных


Monosiga brevicollis — воротничковые жгутиконосцы, одноклеточные существа, наиболее близкие к многоклеточным животным; их геном наконец расшифрован. Фото с сайта www.universityofcalifornia.edu
Monosiga brevicollis — воротничковые жгутиконосцы, одноклеточные существа, наиболее близкие к многоклеточным животным; их геном наконец расшифрован. Фото с сайта www.universityofcalifornia.edu

В ядерном геноме одноклеточных жгутиконосцев обнаружились белки, сочетание которых свойственно в основном многоклеточным животным. Среди них кадхерины, отвечающие за деление клеток, их слипание и морфогенез тканей. Кроме них ученые выявили у жгутиконосцев домены иммуноглобулинов, интегрина, коллагена, так или иначе вовлеченные в процесс распознавания соседних клеток и органических молекул. Ясно, что у одноклеточного предка хоанофлагеллят и многоклеточных все эти белки уже имелись. Переход к многоклеточности осуществлялся не путем образования новых, интегрирующих клетки белков, а путем освоения новых функций уже имевшимися белками.

Хоанофлагелляты, или воротничковые жгутиконосцы (Choanoflagellata), — это мелкие одноклеточные организмы, имеющие один жгутик, окруженный воротничком из микроворсинок, отсюда и название отряда. С помощью жгутика клетка двигается, биение жгутика создает ток воды, так что пищевые частицы — бактерии и органические молекулы — попадают в воротничковую зону и отцеживаются микроворсинками. Противоположным от жгутика концом жгутиконосец может прикрепляться к субстрату. Хоанофлагелляты существуют в виде одиночных клеток, другие жгутиконосцы иногда образуют колонии. По своему строению они напоминают хоаноциты — пищеварительные клетки губок, поэтому воротничковых жгутиконосцев чаще всего рассматривают как наиболее вероятных предков многоклеточных животных. Ясно, что аргументы в пользу этой гипотезы лежат в области сравнительной биологии.

Недавно был прочтен митохондриальный геном хоанофлагеллят. Набор митохондриальных генов у них разнообразнее, чем у всех многоклеточных животных: например, нашлись гены рибосомных белков, отсутствующие в митохондриальной хромосоме многоклеточных. Кроме того, строение митохондриального генома хоанофлагеллят усложнено длинными некодирующими последовательностями, включающими 4 интрона. Получилось, что митохондриальный геном хоанофлагеллят оказался ближе всего к геному самого примитивного многоклеточного животного — трихоплакса (см. Самым примитивным животным на земле оказался трихоплакс, «Элементы», 01.06.2006). А значит, в пользу хоанофлагеллятной гипотезы происхождения многоклеточных говорят уже не только сравнительно-морфологические факты, но и сравнительно-генетические. Так что в глазах современных биологов гипотеза надежно упрочилась.

Теперь же биологам удалось не только прочитать (он был прочитан в 2001 году), но и расшифровать ядерный геном хоанофлагеллят. Этот результат, помимо практической пользы, дал новый блок информации для обсуждения теоретических аспектов эволюции многоклеточных.

Расшифровка генома воротничкового жгутиконосца Monosiga brevicollis была выполнена на базе Института объединенных геномных исследований (Уолнат-Крик, Калифорния, США) международной командой ученых (результаты подписаны 36 авторами) из 11 научных учреждений США и Германии.

Предварительный анализ показал, что геном этих жгутиконосцев содержит 9200 генов — примерно столько же, сколько у грибов и диатомовых, но меньше, чем у многоклеточных животных (у человека — 25 000 генов). Зато геном хоанофлагеллят включает также много геномных вставок — интронов, как и человеческие гены, правда у жгутиконосца интроны сравнительно короче. Очень важно, что у хоанофлагеллят обнаружились гены многих белков и гликопротеинов, которые свойственны многоклеточным организмам. Так, у них имеются домены иммуноглобулинов, коллагена, интегринов и кадхеринов. У многоклеточных животных эти белки отвечают, в общем и целом, за контакт с окружающими клетками и с внешним миром. Иммуноглобулины обеспечивают распознавание чужеродных вторженцев; коллаген — матрица для объединения скелетных элементов; интегрины и кадхерины нужны для слипания клеток и правильного роста при морфогенезе.

Понятно, что многоклеточному организму без этих белков не обойтись — клетки целого организма распадутся, а без иммунного контроля к множеству обязательных клеток самовольно пристроятся любые другие. Но вот зачем эти вещества понадобились одноклеточному организму, не формирующему колоний?

Например, семейство кадхеринов (kadherine, иногда это название переводится как кадгерины или кадерины) отвечает за рост и слипание клеток у многоклеточных животных. Помимо этого, Е-кадхерины могут связывать патогенные бактерии, защищая клетки от инфекции. У многоклеточных животных в геноме от 17 до 127 генов кадхеринов, а у одноклеточного Monosiga brevicollis — целых 23. Но какую функцию кадхерины выполняют у одноклеточного организма?

С помощью иммуноспецифических реакций удалось показать локализацию кадхеринов в клетке жгутиконосца. Кадхерины концентрируются в основании жгутиков, в воротничковых актиновых микроворсинках и на базальном конце животного. Логичнее всего предположить, что в этих местах кадхерины, подобно Е-кадхеринам у многоклеточных, служат ловцами бактерий — предпочтительной пищи жгутиконосцев. Кадхерины прикрепляют бактериальную клетку к оболочке жгутиконосца, и далее с помощью фагоцитоза бактерия отправляется внутрь одноклеточного хищника. Скопление кадхеринов на базальном конце клетки обеспечивает сцепление клетки с субстратом — опять же, требуется уметь связывать клеточную поверхность с другими субстанциями.

Прежде не было известно у одноклеточных организмов иммуноглобулиновых и интегриновых доменов. А вот у Monosiga brevicollis такие нашлись. Правда, у него эти домены существенно менее разнообразны, чем у многоклеточных. Жгутиконосец имеет только один тип интегриновых доменов (интегрин a), а многоклеточные — два типа доменов (интегрины a и b). У жгутиконосца расшифровали пять иммуноглобуиновых доменов, а у многоклеточных их в 30–300 раз больше.

Помимо кадхеринов, доменов иммуноглобулинов и интегринов у хоанофлагеллят присутствуют и гены ферментов тирозинфосфатазы, тирозинкиназы и SH2. Эти три компонента организуют сигнальный путь, обычный и чрезвычайно важный у многоклеточных животных. Он служит основой реагирования клетки на внешние биохимические стимулы. По этому пути внешний сигнал передается внутрь клетки. Прежде считалось, что весь комплекс ферментов этого сигнального пути имеется только у многоклеточных животных. У них тирозинкиназы отвечают, например, на присутствие факторов роста и, соответственно, контролируют деление клеток и морфогенез тканей. Заметим, что нарушение работы тирозинкиназ приводит к безудержному делению клеток и развитию раковых опухолей. Так вот, у одноклеточных жгутиконосцев обнаружились именно эти, казалось бы бессмысленные для них, не имеющих тканей, ферменты. Однако здравый смысл подсказывает, что любому организму, будь то человек или одноклеточное существо, полезно иметь клеточный инструмент для реагирования на внешние раздражители.

Присутствие всех этих неожиданных для одноклеточного организма доменов — иммуноглобулинов, коллагена, кадхеринов, комплекса белков межклеточного реагирования — заставляет заключить, что это не специфические метазойные (свойственные настоящим многоклеточным) белки. Они произошли раньше, чем сами многоклеточные, и были приобретены предковым одноклеточным организмом (если, конечно, не отстаивать позицию, что одноклеточные — это упростившиеся потомки изначально многоклеточных животных и растений). Другое дело, что у одноклеточных существ все эти соединения выполняли иные функции. Эти первичные функции были связаны, вероятно, со способностью распознавать другие клетки и другие органические молекулы, а это давало и дает любому существу, и одноклеточному, и многоклеточному, возможность более адекватно реагировать на окружение. А адекватная реакция — это основа приспособления организма к внешнему миру.

В ходе эволюции способность распознавать и присоединять соседние клетки и вещества была удачно и разнообразно использована для образования многоклеточного конгломерата. Авторы публикации в Science заключают, что переход к многоклеточности, по всей вероятности, базировался не на образовании новых связующих белков, а на приобретении новых функций уже существовавшими белками.

Источники:
1) Monika Abedin, Nicole King. The Premetazoan Ancestry of Cadherins // Science 2008. V. 319. P. 946–948.
2) Nicole King et al. The genome of the choanoflagellate Monosiga brevicollis and the origin of metazoans // Nature. 2008. V. 451. P. 783–788.

См. также:
1) Genome of marine organism tells of animals' one-celled ancestors — пресс-релиз Калифорнийского университета в Беркли; содержит обобщающее заключение относительно актуальности этой работы.
2) В. В. Малахов. Основные этапы эволюции эукариотных организмов — об эволюции различных типов и царств живого мира, в том числе разбирается и происхождение многоклеточных животных от воротничковых жгутиконосцев.
3) G. Burger, L. Forget, Y. Zhu, M. W. Gray, B. F. Lang. Unique mitochondrial genome architecture in unicellular relatives of animals (полный текст) // PNAS. 2003. V. 100. P. 892–897 — о митохондриальном геноме хоанофлагеллят.

Елена Наймарк


Комментарии (5)



Последние новости: ГенетикаЭволюцияЕлена Наймарк

23.07
Млекопитающие с относительно крупным мозгом более уязвимы
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
7.07
В бирманском янтаре мелового периода найден вымерший убийца пауков
6.07
Метанокисляющие микроорганизмы донных осадков оказались неожиданно разнообразными
5.07
Биоразнообразие стимулирует собственный рост
22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица
21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия