단백질 코딩 유전자만으로, 수액 먹는 mealybug의 특수 세포 내부에 살고있는 공생 박테리아 인 Tremblaya Princeps는 지구상에서 어떤 세포 유기체의 가장 작은 게놈을 가지고 있습니다. Tremblaya는 Mealybug에 필수 아미노산을 공급하는 데 도움이되며 아마도 영양소 및 기타 생명 유지 분자를받을 수 있습니다. 그리고 게놈 크기의 하한을 테스트하더라도 Tremblaya 게놈은 여전히 유전자를 흘릴 수 있습니다.
더 놀랍게도 과학자들은 2011 년에 Tremblaya 를 발견했습니다. 자체 박테리아 게스트와 호스트를 재생합니다. Moranella endobia라고 불리는 박테리아는 숙주보다 물리적 크기가 작지만 3 배 이상의 유전자가 있습니다. 세 가지 유기체는 함께 복잡하고 공동 의존적 인 웹을 형성합니다. 중첩 된 박테리아는 서로와 곤충 숙주를 보완하여 Mealybugs의 SAP Diet에 부족한 아미노산을 생산하는 데 필요한 효소의 유전자 패치 워크를 만듭니다.
.Tremblaya는 일부 생물 학자들이 세포 부분의 진화를 밝히는 데 도움이 될 수 있다고 생각하는 역설의 무언가를 제시합니다. 숙주와 symbiont의 조합은 Tremblaya가 많은 유전자를 쫓아 내고, 한때 불가능하다고 생각되는 게놈 크기로 살아 남았습니다.
Nova Scotia의 Halifax에있는 Dalhousie University의 미생물학자인 John Archibald는“이러한 박테리아가 어떻게 우리가 생존 가능한 유기체로 간주되는지의 하한을 추진했는지는 매우 놀랍습니다. “10 년 전, 사람들은 작은 유전자 세트로 박테리아의 아이디어를 비웃었을 것입니다.”
.극심한 미성함과 숙주 및 상주 미생물 모두에서 많은 필수 요소를 가져와야한다는 사실을 감안할 때, 일부는 Tremblaya가 세포 유기체와 소기관 사이의 경계, 에너지 생성 미토콘드리아와 같은 세포 내의 특수 구조를 흐리게한다고 제안합니다. 그것은 공식적으로 다른 유기체의 세포 안에 사는 유기체 인 내생 바온 트로 공식적으로 지정되었습니다. 그러나 그 게놈 크기는 일부 소기관의 크기와 유사합니다. "이런 것들이 언제 박테리아가 멈추나요?" 이 유기체를 연구하는 미 줄라에있는 몬태나 대학교의 생물학자인 존 맥 슈치온 (John McCutcheon)에게 물었다.
실제로, 과학자들은 이제 일부 소기관이 endosymbiont 박테리아에서 진화했음을 알고 있으며, Tremblaya 와 같은 작은 내각을 연구한다는 희망을 높입니다. 그 소기관의 진화에 빛을 비출 수있었습니다. McCutcheon은“내 endosymbionts와 anciornes 사이에는 밝은 선이 없다”고 말했다. "우리는 Endosymbiont-to-Organelle 전환과 비슷한 것을보고있을 것입니다."
오늘 저널 Cell에 발표 된 논문에서 McCutcheon과 Collaborators는 Tremblaya Troika 사이에서 놀라운 새로운 수준의 상호 의존성을 보여줍니다. mealybug 게놈은 Tremblaya 및 Moranella와 구별되는 다른 종류의 박테리아의 유전자를 포함하는 것으로 보이며, 2 개의 내부 상징 박테리아는이 유전자의 단백질 생성물을 사용하여 영양소를 제조하고 막을 만들 수 있습니다.
.이 연구에 관여하지 않은 Archibald는이를“진화론 적 시간에 많은 혼합과 일치하는 것”이라고 설명했다.
.Lilliputian 가족
Tremblaya는 지난 7 년 동안 발견 된 극도로 작은 내 심각한 박테리아의 성장하는 가족 중 하나이며, 삶의 최소 청사진에 대한 과학자들의 가정에 도전 한 과학자들의 가정에 도전했습니다. “어떻게 든 진화에 한계가 있습니다. 효율성을 향해 얼마나 진화 할 수 있고 여전히 손상되지 않습니까?” 매사추세츠 주 보스턴에있는 Tufts University School of Medicine의 미생물학 교수 인 Moselio Schaechter에게 물었다.
지난 40 년 동안 과학자들은 가장 작은 게놈이 Mycoplasma 속의 박테리아에 속한다고 생각했습니다. 단지 482 개의 단백질 코딩 유전자 (인간 게놈의 약 20,000에 비해)가있는 인간 생식기에 살고있는 Mycoplasma genitalium은 1995 년에 서명 된 두 번째 박테리아 게놈이되었으며 약 10 년 동안 과학자들에게 가장 작은 것으로 알려져 있습니다. McCutcheon은“곤충 endosymbionts는 그 숫자에서 문을 날려 버렸습니다. (M. genitalium 여전히 자유 생활 유기체의 가장 작은 게놈을 갖는 것으로 간주됩니다. Tremblaya와 달리 실험실에서 자랄 수 있습니다.)
많은 과학자들은 실제적인 이유로 이러한 소규모 유기체를 연구하는 데 관심이 있습니다. 예를 들어 J. Craig Venter Institute의 연구원들은 연료, 의약품 또는 기타 유용한 화학 물질을 만들기 위해 설계된 생물학적 기계의 섀시로 사용될 수있는 박탈 박테리아를 개발하고 있습니다.
.자연의 가장 간소화 된 생명체는 또한 중고품과 협력에 대한 교훈을 제공합니다. Schaechter는“Tremblaya와 같은 내배엽은 영리한 유기체가 어떻게 얻을 수 있는지에 대한 삽화입니다. "당신은 당신 앞에서 진화를 볼 수 있습니다."
작은 게놈이있는 박테리아의 수집은 놀랍게도 다양한 세균성 조상에서 나오고 다양한 유전자를 유지하고 흘린다. 숙주 세포의 보호 된 환경 덕분에, 이들 유기체는 빠르게 진화하는 경향이 있으며, 가장 작은 것은 가장 빠른 돌연변이가있다. Tremblaya와 그 상대방은 DNA 복구에 관련된 많은 유전자를 흘려 진화율을 더욱 가속화했습니다. 그들은 또한 그들을 둘러싸는 보호막을 만들고 대신 숙주 세포의 막 성분에 의존하는 것으로 생각된다. 이들 유기체가 유지되는 유전자는 DNA 복제 및 유전자의 단백질로의 번역을 포함하는 소위 정보 복구를 수행 할뿐만 아니라 숙주를위한 영양소를 생산하는 데 관여하는 경향이있다. (Tremblaya와 같은 유익한 내각은 무척추 동물에서는 상당히 일반적이지만 인간과 다른 척추 동물에서는 드물다.)
Tremblaya 와 같은 내생물을 연구하는 가장 흥미로운 이유 중 하나 미토콘드리아 및 엽록체의 진화, 에너지를 생성하는 세포 내에서 막-결합 구조의 진화에 대해 배우는 것이다. 그들의 출현은 10 억 년이 넘는 출현 공장, 동물, 원생 동물 및 곰팡이를 포함하여 진핵 생물 발달의 기초 행사였습니다.
과학자들은이 소기관이 1800 년대 후반에 박테리아에서 진화했다는 생각을 제안했지만, 1970 년대까지는 이론이 인기를 얻지 못했습니다. 두 가지 주요 사건으로 소기관이 발달 할 수있었습니다. 전구체 박테리아는 많은 유전자를 숙주의 게놈으로 옮겼으며, 이들 및 다른 유전자에 의해 생성 된 단백질을 자신의 막 안에 다시 운반하는 방법을 개발했습니다. 예를 들어, 인간 미토콘드리아는 13 개의 유전자가 자신의 단백질을 코딩하지만 세포에 에너지를 만들기 위해 수천 개의 단백질을 사용합니다.
그들의 박테리아 기원은 현재 잘 확립되어 있지만,이 소기관의 진화에 대한 많은 질문이 남아 있습니다. 예를 들어, 현재 유비쿼터스 미토콘드리아는 한 번만 진화했으며 과학자들은 그 기원이 아닌 사건의 결과 만 볼 수 있습니다. Tremblaya는 미토콘드리아로 이어진 과정을 밝힐 수 있습니다. McCutcheon은“한 번만 일어 났기 때문에 무슨 일이 있었는지 알기가 어렵습니다. "내생 바리온을 연구하는 것은 그것에 대한 통찰력을 제공합니다."
딥 통합
Tremblaya는 특정 속성을 소기관과 공유합니다. 게놈 크기는 일부 미토콘드리아 및 엽록체의 게놈 크기와 유사하며, 많은 중요한 유전자가 누락되며, 생물학은 숙주와 깊이 얽혀 있습니다. 그러나 한 가지 명백한 차이점은 유기체의 거의 모든 세포에서 소기관이 발견되는 반면, 내부 상징은 그들의 주요 역할은 숙주에 영양분을 제공하는 것이기 때문에 특정 세포에서만 발견된다는 것입니다. 예를 들어 Tremblaya는 Bacteriomes라는 특수 세포에서 발견됩니다.
Tremblaya 생물학을 둘러싼 주요 질문 중 하나는 작은 유기체가 어떻게 살아남는가입니다. 한 이론은 소기관과 마찬가지로 곤충 숙주를 일부 유전자로 안장하여 작은 크기를 설명하고 미토콘드리아와 비슷한 진화 경로에 두는 데 도움이 될 것이라고 제안합니다. McCutcheon의 팀은 에서 이것에 대한 증거를 보지 못했습니다. 세포 종이, 그러나 그들이 찾은 것은 훨씬 더 복잡합니다.
Mealybug 게놈은 Tremblaya 및 Moranella와 관련이없는 조상과 함께 박테리아의 22 가지 유전자를 보유하지만,이 유전자는 필수 영양소의 생산과 세포 벽의 합성과 관련된 단백질을 코딩하고“상징에 빠진 것들과 적합하다”고 말했다. "이 [유기체]는 유전자를 숙주로 전달함으로써 작아지지 않습니다." "그들은 숙주에서 박테리아 유전자를 협력하여 작아지고 있으며, 우리가 예측하지 못했던 복잡성 수준입니다."
.이번 연구는 소기관과의 공생의 차이와 유사성에 대한보다 자세한 이해를 제공합니다. tremblaya 유전자를 소기관의 정의 특성 인 유전자로 옮기지 않았습니다. 그러나 처럼 McCutcheon의 연구 결과 인 Mitochondria는 Tremblaya가 원래 다른 유형의 박테리아에서 나온 숙주 유래 단백질을 쿠니시킨다. “이것은 어두운 회색 지역입니다. 숙주는 Symbiont가 생존 해야하는 유전자를 인코딩하는데, 이는 숙주가 유기체의 표적 단백질을 시사한다”고 브리티시 컬럼비아 대학교의 생물 학자 인 Patrick Keeling은 말했다. 공부하다. "이것은 소기관이하는 일이지만 일반적으로 내기성이 아닙니다."
모든 사람이 이해 에 동의하는 것은 아닙니다 Tremblaya는 소기관의 진화를 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다. 독일 뒤셀도르프 대학의 생물학자인 윌리엄 마틴 (William Martin)은 트레 블라야가“오르간 넬과의 아름다운 대조”라는 이메일에 썼다. 예를 들어, 소기관은 숙주에서 대부분의 단백질을 수입한다고 지적했다. Tremblaya는 또한 일부 단백질을 수입하는 것처럼 보이지만“엽록체와 미토콘드리아의 단백질 수입 장치와는 거리가 멀다”고 그는 썼다.
Tremblaya가 소기관의 모든 요구 사항을 충족하지 않더라도 박테리아는 소기관과 유사한 방식으로 숙주와 통합되는 것 같습니다.
Keeling은 Tremblaya와 다른 작은 세포 내 거주자들이“일부 사람들의 혈액 비등을 얻을 수있다”고 덧붙였다. (그는 Tremblaya가 무엇을 부르는지 개인적으로 신경 쓰지 않는다고 말했습니다.)
어느 정도는 의미론의 문제이지만, 토론은 살아 있다는 것이 무엇을 의미하는지에 대한 더 깊은 질문에 대해서도 다루고 있습니다.
창립 연구는 게놈을 감소시키고 자신의 에너지 공급원을 생산하거나 숙주없이 생존 할 수없는 세포 내 기생충은 일반적으로 유기체로 생각됩니다. "그러나 아무도 미토콘드리아를 유기체로 언급하는 사람은 아무도 없다"고 그는 말했다.
차이점은 Keeling의 기생충이 숙주에서 아데노신 트리 포스페이트 또는 ATP라는 분자의 형태로 에너지를 훔치는 것입니다. 그러나 그들은 DNA를 복제하는 데 필요한 유전자를 보유하고 있습니다. 반면에 소기관은 DNA를 복제하기 위해 숙주가 제공 한 단백질에 의존합니다. Keeling은“우리는 숙주에서 ATP를 훔치는 것이 유기체를 구성하고 단백질을 훔치지 않는다고 임의로 결정했습니다. "정말 정도의 문제 일뿐입니다."
