Forscher isolieren Archaea-Stämme, die den Eukaryoten nahe stehen

Forscher haben die Isolierung von zwei archaealen Stämmen, die als HC1 und SC1 bezeichnet werden und zur Heimdallarchaeia-Linie gehören, der Gruppe, die den Eukaryoten am nächsten verzweigt, gemeldet.

Kultivierung und Eigenschaften

Die beiden Stämme wurden aus einem Biofilm in einem Gasförderbrunnen auf der Boso-Halbinsel, Präfektur Chiba, Japan, isoliert. Der Biofilm befindet sich in methanhaltigem salzhaltigem Grundwasser und wird aufgrund periodischer Soleausbrüche intermittierend Luft ausgesetzt.

Laut der in Nature veröffentlichten Studie wurden die Stämme wie folgt isoliert:

• Stamm HC1: Isolierung in einer reinen Ko-Kultur mit dem Methanogen Methanocalculus sp. Stamm MC2.
• Stamm SC1: Isolierung in einer reinen Tri-Kultur mit Methanocalculus sp. Stamm MC3 und Methanolobus sp. Stamm MLB.

Beide Stämme werden als obligat anaerobe, syntrophe, peptidabbauende und mesophile Archaeen beschrieben. Obwohl HC1 Gene aufweist, die mit aeroben Lebensstilen wie Cytochrom-c-Oxidase (Cox) assoziiert sind, können die Ko-Kulturen unter (mikro)oxischen Bedingungen nicht wachsen. Die Studie legt nahe, dass Cox bei HC1 möglicherweise der Sauerstoffdetoxifizierung dient und nicht der Atmung.

Zelluläre Struktur und Genomik

Die mikroskopische Analyse der Zellen offenbarte mehrere physiologische Merkmale:

• Morphologie: Die Zellen sind kokkoid und bilden Vorstülpungen sowie Vesikel.
• Interne Struktur: Die Zellen weisen keine persistenten inneren Membranstrukturen, wie ein Endomembransystem, auf.
• Zytoskelett: Cryo-EM zeigte, dass Zytoplasma und Vorstülpungen aktin-fadenähnliche Strukturen enthalten.
• Teilung: Die Zellen teilen sich durch Binärschichtung und zeigen während des Prozesses eine ringförmige Struktur.

Die genomische Sequenzierung ergab, dass HC1 ein Genom von 7,91 Mb und SC1 ein Genom von 6,75 Mb aufweist. Beide Stämme besitzen eukaryotische Signaturproteine (ESPs), wobei HC1 und SC1 jeweils 27 bzw. 29 ESP-Typen aufweisen.

Implikationen für die Eukaryogenese

Die Ergebnisse liefern Daten für die Erforschung der Eukaryogenese, des Prozesses, durch den eukaryotische Zellen entstanden sind. Die Studie legt nahe, dass der archaeale Vorfahr der Eukaryoten bestimmte Merkmale mit diesen Isolationen geteilt haben könnte, einschließlich Anaerobiose, das Fehlen persistenter intrazellulärer Membranen und das Vorhandensein von Membranvorstülpungen.

Laut den Forschern beinhaltete der Übergang von Archaeen zu Eukaryoten wahrscheinlich einen steilen Übergang in der Zellstruktur und einen physiologischen Wechsel von Anaerobiose zu (fakultativer) Aerobiose. Sie schlagen vor, dass frühe Interaktionen zwischen dem archaealen Wirt und dem mitochondrialen Vorfahr unter Sauerstoffmangelbedingungen stattgefunden haben und zumindest teilweise durch Sauerstoffdetoxifizierung vermittelt wurden.

Quellen (auf Englisch)

• nature.com: Eukaryotes’ closest relatives are internally simple syntrophic peptidotrophic archaea | Nature

KI-Übersetzung des englischen Originalartikels, automatisch geprüft, damit sie dasselbe aussagt wie das Original. Die Quellen wurden auf Englisch geprüft.