Bentuk Baru “Symbiosis Revealed.”

Bakteri yang mengaktifkan endosimbion membantu sel eukariotik uniseluler untuk melepaskan nitrat, menunjukkan bahwa eukariota uniseluler mungkin memiliki endosimbion untuk mendukung atau memodulasi fungsi organel mitokondria.

Peneliti dari Bremen, bersama dengan rekan mereka di Max Planck Genome Center di Cologne dan organisasi penelitian air Swiss Eawag dari Swiss, telah menemukan bakteri unik yang hidup di dalam eukariota uniseluler dan memberinya energi. Tidak seperti mitokondria, endosimbion ini memperoleh energinya dari respirasi nitrat, bukan oksigen. “Kemitraan seperti itu sangat baru,” kata Jana Milucka, sekretaris eksekutif Alam kertas. “Perjuangan yang diakibatkan oleh pernapasan dan transfer energi belum pernah terjadi sebelumnya.”

Secara umum, di antara eukariota, sifisis lebih sering terjadi. Obat eukariotik sering juga ditemukan pada organisme lain, seperti bakteri. Beberapa bakteri hidup di dalam sel atau jaringan, dan mereka menjalankan fungsi tertentu, seperti kekebalan atau makanan. Demikian pula, penerima menyediakan tempat berlindung dengan lokasi simbion yang sesuai. Endosimbiosis dapat berkembang hingga bakteri tidak dapat bertahan hidup sendiri tanpa penerima.

Ini adalah kasus sypiosis yang ditemukan para ilmuwan Bremen di Danau Zug di Swiss. “Temuan ini membuka kemungkinan bahwa eukariota uniseluler sederhana, seperti ilmuwan, dapat menerima endosimbion yang kuat untuk mendukung atau memodifikasi daripada mitokondria mereka,” kata Jon Graf, penulis utama studi tersebut. “Protista ini berhasil bebas oksigen berkat bantuan endosimbion pernapasan.” Nama endosymbiont ‘Candidatus Azoamicus ciliaticola’ menunjukkan hal ini; ‘Teman nitrogen’ yang tinggal di dalam cili.

Candidatus Azoamicus ciliaticola

Gambar tersebut merupakan kombinasi dari pencitraan mikroskop (SEM, abu-abu) dan gambar fluoresensi. Muncul oleh endosimbiont ‘Candidatus Azoamicus ciliaticola’ (ditunjukkan oleh IKAN, kuning) dan predator oleh bakteri pemakan makanan serta sebagian besar sel (dilengkapi dengan DAPI, biru). Penampilan luar dari otot dan silia ciliata yang lemah juga terlihat. Pendanaan: Max Planck Institute for Marine Microbiology, S. Ahmerkamp

Keintiman sangat dekat

Saat ini, diperkirakan bahwa eukariota yang tidak memiliki oksigen disimpan melalui fermentasi, karena mitokondria membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi. Proses penuangan didokumentasikan dengan baik dan telah dibuktikan di banyak mesin anaerobik. Namun, serangga tidak memperoleh banyak energi dari fermentasi, dan mereka sering tidak tumbuh dan berbagi secepat aerobik.

“Tim kami telah menemukan jawaban untuk ini,” kata Graf. “Itu dikemas dengan bakteri yang dapat menghirup nitrat dan membawanya ke dalam selnya. Kami memperkirakan bahwa ini terjadi 200 hingga 300 juta tahun yang lalu. “Sejak itu, perubahan itu juga memperkuat ikatan di antara mereka.

Perubahan sementara

Perubahan mitokondria terjadi dengan cara yang sama. “Semua mitokondria memiliki asal yang sama,” jelas Jana Milucka. Dipercaya bahwa lebih dari satu miliar tahun yang lalu ketika para arkeolog menutupi bakteri tersebut, keduanya membentuk aliansi yang sangat penting: fenomena ini adalah awal dari kulit eukariotik. Seiring waktu, bakteri mulai memasuki sel, secara bertahap melemahkan genomnya. Tanah yang tidak perlu hilang dan satu-satunya yang menguntungkan tuan tanah adalah yang dipertahankan. Belakangan, mitokondria berevolusi, seperti yang kita kenal sekarang. Mereka memiliki genom kecil dan membran sel, dan mereka bertindak sebagai organel pada eukariota. Misalnya, dalam tubuh manusia, mereka ada di hampir setiap sel dan diberi energi – begitu juga kita.

“Endosimbion kami mampu melakukan banyak fungsi mitokondria, meskipun tidak kompatibel dengan mitokondria,” kata Milucka. “Sangat menggoda untuk berpikir bahwa penyembuh bisa mengikuti jalan yang mirip dengan mitokondria, dan kemudian menjadi organel.”

Pertemuan informal

Anehnya, saling ketergantungan ini sudah lama tidak diketahui. Mitokondria bekerja dengan baik dengan oksigen – mengapa tidak harus sama dengan nitrat? Satu jawaban adalah tidak ada yang tahu tentang kemungkinan ini dan tidak ada yang mencarinya. Menghitung endosimbiosis sulit, karena mikroba tidak dapat tumbuh di laboratorium. Namun, kemajuan terbaru dalam analisis metagenomik telah membantu kami untuk lebih memahami hubungan kompleks antara kerumunan dan demonstrasi. Saat meneliti metagenom, ilmuwan melihat semua gen dalam model. Metode ini digunakan sebagai model alami karena gen dalam model tidak dapat dikirim ke organisme yang ada. Artinya para ilmuwan sering mencermati komponen genetik yang membutuhkan pertanyaan penelitiannya. Metagenom sering terdiri dari jutaan spesies berbeda dan tidak jarang fraksi kecil ini dianalisis secara mendetail.

Awalnya, para ilmuwan di Bremen juga menginginkan sesuatu yang lebih. Grup Penelitian Gas Rumah Kaca di Max-Planck-Institute for Marine Microbiology sedang menyelidiki mikroba yang terlibat dalam metabolisme metana. Untuk alasan ini, mereka telah mempelajari kedalaman Danau Zug. Danau tersebut memiliki banyak kekasaran, yang berarti tidak ada aliran air yang lurus. Perairan dalam Danau Zug tetap bersentuhan dengan air tanah dan terpencil. Itulah mengapa tidak mengandung oksigen tetapi mengandung senyawa metana dan nitrogen, seperti nitrat. Dalam pencarian bakteri hasil rekayasa genetika untuk mengubah nitrogen, Graf menemukan partikel kecil yang berada di saluran pernapasan nitrat. “Kami semua kagum dengan ini dan saya mulai membandingkan DNA itu hal yang sama, ”kata Graf. Tapi satu-satunya DNA yang mirip ada di daun dan serangga lainnya. “Itu hanya menjadi perhatian kami saat itu. Bagaimana serangga bisa masuk ke air pahit? Dan mengapa?, ”Kenang Graf. Para ilmuwan dari tim peneliti mulai hanya memimpikan permainan dan taruhan.

Tidak sendirian di laut yang gelap

Pada akhirnya, satu gagasan terpenuhi: Tubuh kita pasti memiliki endosimbion yang tidak diketahui. Untuk mengonfirmasi hal ini, anggota tim peneliti melakukan beberapa perjalanan ke Danau Zug di Swiss. Dengan bantuan kolaborator Eawag, mereka mengambil sampel untuk melihat secara khusus pada organisme yang memiliki endosimbion unik ini. Di laboratorium, para ilmuwan membakar berbagai eukariota dari air dengan pipet. Akhirnya, dengan menggunakan pena, dimungkinkan untuk melihat endosimbion dan mengidentifikasi petarung.

Kunjungan terakhir setahun yang lalu harus membawa konfirmasi akhir. Sulit di tengah musim dingin. Cuaca badai, kabut tebal, dan stres sementara akibat kasus pertama virus Corona dan penutupan yang membuat perburuan di laut jadi sulit. Namun, para ilmuwan berhasil mengambil beberapa contoh di perairan dalam dan membawanya ke Bremen. Contoh-contoh ini memberi mereka konfirmasi akhir atas ide-ide mereka. “Sungguh luar biasa mengetahui bahwa mereka ada di sana bersama-sama,” kata Jana Milucka. “Biasanya organisme ini memakan bakteri. Tapi dia membiarkannya hidup dan bergabung dengannya. ”

Banyak pertanyaan baru

Penemuan ini menimbulkan banyak pertanyaan baru yang menarik. Adakah kondisi serupa yang telah ada sejak lama di mana endosimbion telah melintasi perbatasan ke organel? Jika ada berkah seperti itu untuk respirasi nitrat, apakah juga untuk obat lain? Bagaimana saling ketergantungan ini, yang berlangsung antara 200 dan 300 juta tahun, berakhir di laut alpen yang terbentuk hanya 10.000 tahun yang lalu? Selain itu: “Sekarang kami tahu apa yang kami inginkan, kami telah menemukan gerakan endosimbion di seluruh dunia,” kata Milucka. Di Prancis, juga di Taiwan, atau di perairan Afrika Timur yang sebagian jauh lebih tua dari Danau Zug. Apakah asal mula saling ketergantungan ini berasal dari salah satunya? Atau apakah itu berasal dari laut? Ini adalah pertanyaan yang ingin diselidiki tim peneliti nanti.

Petunjuk: “Endosimbion anaerobik menghasilkan energi yang berhubungan dengan ciliate” Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03297-6

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.