Ученые раскрыли загадку происхождения митохондрий

Группе американских биологов впервые удалось заставить кишечную палочку поселиться внутри клеток дрожжей и выполнять функции митохондрий. В эксперименте ученые использовали дрожжи S. cerevisiae и бактерии кишечной палочки E. coli. Результат исследования экспертов опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Напомним, что в митохондриях происходят окислительно-восстановительные реакции, в результате которых вырабатывается энергия, необходимая для функционирования клеток в организме. Они окружены собственными двойными мембранами и даже обладают собственным генетическим материалом (РНК, ДНК).

Ранние исследования ученых показывали, что вероятнее всего митохондрии когда-то были свободноживущими бактериями, которые около 1,5 миллиарда лет назад слились и образовали неразрывную связь с клеткой археи (одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл). Спустя некоторое время сформировавшаяся клетка превратилась в самостоятельный эукариот – живой организм, в клетках которого генетический материал заключен в ядре. Именно эта клетка дала начало жизни животным, растениям и грибам. Как именно это происходило – и решила выяснить группа американских ученых во главе с биологом Ангадом Мехта из Научно-исследовательского института Скриппса в штате Калифорния.

Общий принцип, которым руководствовались исследователи, можно сформулировать так: чтобы заставить две клетки вступить в симбиоз, нужно отобрать у них что-то жизненно важное. В результате их существование по отдельности станет невозможным.

Для этого специалисты «отключили» собственные митохондрии дрожжей, а также гены кишечной палочки, позволяющие бактерии синтезировать необходимый им витамин В1. Это позволило организмам обменяться друг с другом нужными веществами. После этого эксперты добавили в бактерии транспортные белки, которые перенесли в мембрану кислоты, принимающие участие в обмене энергии и веществ.

Через определенный промежуток времени эти бактериальные клетки разрушались и переваривались клеткой «хозяина», но биологи ввели кишечной палочке гены трех разных SNARE-подобных белков, взятых у хламидий и способных стимулировать или блокировать слияние. Только после этого они получили устойчивые колонии дрожжей с симбиотическими E. сoli, способные выживать в различных условиях в течение десятков поколений.

С помощью новой методики ученые планируют и далее моделировать ранние события эндосимбиоза – взаимовыгодного сосуществования организмов, при котором один из них обитает внутри другого.