Биосинтеза на протеини нуклеинска киселина бараат азот сепак атмосферскиот азот не е достапен за еукариоти за органска синтеза. Само неколку прокариоти (како цијанобактерии, клостридија, археа итн) имаат способност да го поправат молекуларниот азот кој е изобилно достапен во атмосфера. Некое фиксирање на азот бактерии живеат во еукариотските клетки во симбиотска врска како ендосимбионти. На пример, цијанобактериите Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) е ендосимбионт на едноклеточните микроалги Braarudosphaera bigelowii во морските системи. Се смета дека ваквиот природен феномен одиграл клучна улога во еволуцијата на еукариотите мобилен органели митохондриите и хлоропластите преку интеграција на ендосимбиотските бактерии во еукариотската клетка. Во една неодамна објавена студија, истражувачите открија дека цијанобактериите „UCYN-A“ тесно се интегрирал со еукариотските микроалги Braarudosphaera bigelowii и еволуирале од ендосимбионтна во еукариотска клеточна органела која фиксира азот наречена нитропласт. Ова создаде микроалги Braarudosphaera bigelowii првиот познат еукариот за фиксирање на азот. Ова откритие ја прошири функцијата на фиксирање на атмосферскиот азот од прокариоти на еукариоти.
Симбиозата, т.е. организми од различни видови кои споделуваат живеалишта и живеат заедно, е вообичаен природен феномен. Партнерите во симбиотската врска може да имаат корист еден од друг (мутуализам), или едниот може да има корист додека другиот останува незасегнат (комензализам) или едниот има корист додека другиот е повреден (паразитизам). Симбиотската врска се нарекува ендосимбиоза кога еден организам живее во другиот, на пример, прокариотска клетка која живее во еукариотска клетка. Прокариотската клетка, во таква ситуација, се нарекува ендосимбионт.
Ендосимбиозата (т.е. интернализација на прокариотите од страна на еукариотска клетка на предците) одигра клучна улога во еволуцијата на митохондриите и хлоропластите, клеточните органели карактеристични за посложените еукариотски клетки, кои придонеле во пролиферацијата на еукариотските форми на живот. Се смета дека аеробната протеобактерија влегла во еукариотската клетка на предците за да стане ендосимбионт во време кога околината се повеќе станувала богата со кислород. Способноста на ендосимбионтната протеобактерија да користи кислород за да создаде енергија му овозможи на еукариот-домаќин да напредува во новата средина, додека другите еукариоти изумреа поради негативниот притисок на селекција наметнат од новата средина богата со кислород. На крајот, протеобактеријата се интегрирала со системот домаќин за да стане митохондрион. Слично на тоа, некои цијанобактерии кои вршат фотосинтеза влегле во еукариотите на предците за да станат ендосимбионти. Во догледно време, тие се асимилирале со еукариотскиот систем домаќин за да станат хлоропласти. Еукариотите со хлоропласти стекнале способност да го поправаат атмосферскиот јаглерод и станале автотрофи. Еволуцијата на еукариотите што го фиксираат јаглеродот од еукариотите на предците беше пресвртница во историјата на животот на земјата.
Азотот е потребен за органска синтеза на протеини и нуклеински киселини, но способноста за фиксирање на атмосферскиот азот е ограничена само на неколку прокариоти (како што се некои цијанобактерии, клостридии, археи итн.). Ниту еден познат еукариот не може самостојно да го поправи атмосферскиот азот. Во природата се гледаат меѓусебни ендосимбиотски врски помеѓу прокариотите што го фиксираат азот и еукариотите што го фиксираат јаглеродот на кои им е потребен азот за да растат. Еден таков пример е партнерството помеѓу цијанобактериите Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) и едноклеточните микроалги Braarudosphaera bigelowii во морските системи.
Во една неодамнешна студија, ендосимбиотската врска помеѓу цијанобактериите Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) и едноклеточните микроалги Braarudosphaera bigelowii беше испитана со помош на мека рендгенска томографија. Визуелизацијата на клеточната морфологија и поделбата на алгата откри координиран клеточен циклус во кој ендосимбионтните цијанобактерии се делат рамномерно исто како што се делат хлоропластите и митохондриите во еукариот за време на клеточната делба. Студијата на протеините вклучени во клеточните активности откри дека значителен дел од нив биле кодирани од геномот на алгите. Ова вклучуваше протеини неопходни за биосинтеза, раст на клетките и поделба. Овие наоди сугерираат дека ендосимбионтните цијанобактерии тесно се интегрирале со клеточниот систем домаќин и преминале од ендосимбионт во полноправна органела на клетката домаќин. Како последица на тоа, клетката на алги-домаќин стекнала способност да го фиксира атмосферскиот азот за синтеза на протеини и нуклеински киселини потребни за раст. Новата органела е именувана нитропласт поради неговата способност за фиксирање на азот.
Ова ги прави едноклеточните микроалги Braarudosphaera bigelowii првиот еукариот што го фиксира азот.Овој развој може да има импликации за земјоделството и индустријата за хемиски ѓубрива на долг рок.
***
Референци:
- Коал, Т.Х и сор. 2024. Органела за фиксирање на азот во морска алга. Науката. 11 април 2024. Том 384, број 6692 стр. 217-222. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075
- Масана Р., 2024. Нитропластот: органела која фиксира азот. НАУКА. 11 април 2024 година. Vol 384, Issue 6692. стр. 160-161. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571
***
