Ewolucja szlaków bioenergetycznych u prokariontów
Badania dotyczące ewolucji cząsteczkowej oraz dane uzyskane z zapisów geologicznych ujawniły, że te bioenergetyczne szlaki ewoluowały w ciągu pierwszego miliarda lat życia na Ziemi. Choć każdy ze szlaków bardzo szczegółowo i odrębnie zbadano, niewiele badań przeprowadzono na temat sposobu, w jaki ewoluowała metaboliczna różnorodność. Czy każdy ze szlaków ewoluował niezależnie, czy może wszystkie pochodzą ze wspólnego dziedziczonego systemu metabolicznego? Czy istniejące wcześniej szlaki posłużyły do rozwoju nowych? W finansowanym przez UE projekcie EBIODIP (The emergence of bioenergetic diversity in prokaryotes) przetestowano te hipotezy, korzystając z genomiki porównawczej i analizy filogenetycznej rdzennych kompleksów białkowych zaangażowanych w metabolizm energii. Większość szlaków bioenergetycznych opartych jest na łańcuchu transportowym elektronów (ETC). Składa się on z kompleksów białkowych pełniących funkcję donorów i akceptorów elektronowych, z centralnym kompleksem cytochromowym typu bc i nośnikami elektronowymi między nimi, oraz z syntazy ATP. W związku z tym porównano różne kompleksy białkowe, które uczestniczą w odrębnych ETC, przy użyciu danych dotyczących 272 gatunków w pełni sekwencjonowanych bakterii i archeonów. Badacze przeanalizowali ewolucję cząsteczkową syntazy ATP i kompleksów cytochromowych typu bc, aby określić ewentualne cechy pochodzące od wspólnego przodka. Wyniki dowiodły, że gatunki nie grupowały się razem na podstawie modelu bioenergetycznego. Ponadto różne typy cytochromu b zaobserwowano u wielu linii ewolucyjnych bakterii i archeonów, tworzących odrębne grupy po poddaniu analizie filogenetycznej. To wskazuje na prastare pochodzenie tego kompleksu, a także na dywersyfikację różnych typów cytochromu b przed dywersyfikacją linii ewolucyjnych. Co więcej w niektórych przypadkach uzyskano dowody na skuteczny poziomy transfer genów między różnymi gatunkami bakterii i archeonów. Zespół projektu EBIODIP ujawnił ewolucję cząsteczkową enzymów rdzennych ETC. Zasugerował także elastyczność określonych części systemu (np. syntazy ATP, która może działać niezależnie od typu ETC), a także przypadki transferu genów, jak w sytuacji cytochromów typu b. Choć nie uzyskano jeszcze pełnego obrazu sytuacji, projekt EBIODIP pomógł odpowiedzieć na pytanie dotyczące ewolucji szlaków metabolicznych w życiu prokariontów.
