Badanie genomów archeonów
Komórki archeonów stanowią główny składnik ekosystemów na całym świecie. Występują w różnych siedliskach i mogą stanowić aż do 20% komórek mikroorganizmów w oceanach. Ich znaczenie w środowisku potwierdza również to, że niektóre z nich powszechnie wchodzą w skład ludzkiej mikroflory, często stanowiąc do 10% wszystkich prokariotów w naszych jelitach. Wiedza na temat ich sposobu życia jest ograniczona, a nowe wyniki badań wskazują, że pewne archeony odgrywają kluczowe role w ogólnoświatowym obiegu azotu i węgla. Charakterystyka tych organizmów ograniczona jest naszą niemożnością ich hodowli przy użyciu obecnie dostępnych metod. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu DARKCELLS (Single-cell phylogenomic exploration of archaeal dark matter) prowadzili analizę pojedynczej komórki i stosowali metody metagenomiczne, aby zbadać nowe linie archeonów na poziomie genomicznym. Pobrano archeony z różnych siedlisk, a następnie użyto technologii sekwencjonowania nowej generacji do analizy ich genomów i metagenomów. Do identyfikacji DNA archeonów z kilku próbek środowiskowych naukowcy wykorzystali najnowsze osiągnięcia metagenomiki (izolowanie fragmentów genomicznego DNA ze społeczności drobnoustrojów). Jedną z próbek uzyskano z komina hydrotermalnego w Oceanie Atlantyckim, co umożliwiło otrzymanie trzech prawie kompletnych genomów roboczych archeonów znanych wcześniej jako głębokooceaniczne. W ramach prac nad charakterystyką niehodowanej większości mikroorganizmów uzyskano sekwencje amplikonu 16S rRNA ze 180 próbek środowiskowych do analizy różnorodności mikrobiologicznej, genomiki pojedynczej komórki oraz badań metagenomicznych tych próbek. Analiza przeprowadzona przez grupę z Uppsali w Szwecji doprowadziła do bezprecedensowego odkrycia: u archeonów z grupy Lokiarchaeota stwierdzono geny wcześniej wykrywane jedynie u eukariotów. Geny kodujące aktynę, GTPazy, oraz kilka innych białek związanych z wewnątrzkomórkowym transportem pęcherzykowym to cechy charakterystyczne eukariotycznej maszynerii komórkowej, które niespodziewanie odkryto u Lokiarchaeota. Rekonstrukcja filogenomiczna na podstawie konserwatywnych genów występujących w pojedynczej kopii wykazała, że archeony te są najbliższymi krewnymi eukariotów. Odkrycie to silnie wspiera hipotezę, że mogą one stanowić tak zwane "brakujące ogniwa" w pochodzeniu eukariotów. Odkrycia opublikowano w prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature, a ich konsekwencje szeroko dyskutowano. Osiągnięcia uczestników projektu wykazały, że połączenie analizy pojedynczej komórki i metagenomiki stanowi potężne narzędzie oraz jest niezbędne do rekonstrukcji genomów archeonów z grupy Hadesarchaea. Znacznie zwiększyła się więc liczba genomów archeonów dostępnych w publicznych bazach danych. Z wyników badania DARKCELLS z pewnością skorzystają naukowcy badający fizjologię archeonów w różnych środowiskach oraz biolodzy ewolucyjni śledzący historię ewolucji trzech domen życia.
Słowa kluczowe
Archeony, DARKCELLS, Lokiarchaeota, Hadesarchaea, genomika pojedynczej komórki, metagenomika
