Nanoarchaeum equitans

nanobdellati/nanobdellota/candidatus-nanoarchaeia/nanoarchaeales/nanoarchaeaceae/nanoarchaeum/nanoarchaeum-equitans/“ title=“Příspěvky označené Nanoarchaeum equitans“>Nanoarchaeum equitans

Taxonomie

Objev a základní charakteristika

Nanoarchaeum equitans je mimořádně malá hypertermofilní archea objevená na počátku 21. století v prostředí hydrotermálních systémů u Islandu. Buňky mají přibližně několik set nanometrů v průměru, tedy výrazně méně než většina běžných bakterií. Organismus získal pozornost také kvůli velmi malému genomu a neobvyklému způsobu života: není schopný samostatné existence a roste přichycený k povrchu jiné archey rodu Ignicoccus.

Buňky mají kulovitý tvar a na hostiteli mohou být přítomny jednotlivě i ve větším počtu. Přestože je Nanoarchaeum buněčný organismus, postrádá řadu metabolických drah, které samostatně žijící mikroorganismy běžně používají k tvorbě základních stavebních látek. Proto je životně závislé na těsném kontaktu s hostitelem a na přenosu metabolitů.

Prostředí a teplota

Druh je hypertermofilní, tedy přizpůsobený teplotám, které jsou pro většinu organismů smrtelné. Původní izoláty pocházely z horkého mořského hydrotermálního prostředí a optimální růst společenstva s hostitelem probíhá přibližně kolem osmdesáti stupňů Celsia. Takové podmínky vyžadují mimořádně stabilní proteiny, buněčné membrány a mechanismy opravy biomolekul.

Hydrotermální systémy jsou chemicky velmi aktivní. Horké tekutiny přinášejí redukované anorganické látky, které mohou mikroorganismy využívat jako zdroj energie. Nanoarchaeum však velkou část metabolické práce přenechává hostiteli. Jeho ekologická nika je proto určována nejen teplotou a chemismem prostředí, ale především přítomností vhodného druhu Ignicoccus.

Vztah s hostitelem

Nanoarchaeum equitans žije v těsném fyzickém spojení s hostitelskou archeou, nejlépe prozkoumaným partnerem je Ignicoccus hospitalis. Malé buňky se přikládají k vnějšímu povrchu hostitele a mezi oběma organismy dochází k výměně látek. Nanoarchaeum si nedokáže samo vytvořit řadu aminokyselin, lipidů, nukleotidů a dalších metabolitů potřebných pro růst.

Vztah bývá popisován jako obligátní symbióza s parazitickými rysy. Hostitel může bez Nanoarchaeum růst, zatímco Nanoarchaeum bez hostitele nikoli. Přítomnost většího množství malých buněk může hostitele zatěžovat. Systém je cenným modelem pro studium evoluce závislých mikroorganismů a toho, jak se genom zmenšuje při dlouhodobé ztrátě vlastních metabolických funkcí.

Genom a buněčná výbava

Genom Nanoarchaeum equitans má přibližně půl milionu párů bází a patří k nejmenším známým genomům buněčných organismů. Obsahuje nezbytné geny pro replikaci DNA, přepis genetické informace a tvorbu proteinů, ale mnoho biosyntetických drah je neúplných nebo chybí. Malá velikost genomu není známkou primitivnosti; je výsledkem specializace na život v těsném spojení s hostitelem.

Výzkum organismu zároveň přinesl poznatky o neobvyklé stavbě genů a zpracování RNA u archeí. Některé geny, které jsou u jiných organismů souvislé, mohou být rozdělené a jejich funkční RNA vzniká až následným spojením částí. To ukazuje, že i velmi malý genom může používat složité mechanismy práce s genetickou informací.

Význam pro biologii

Objev Nanoarchaeum equitans rozšířil představy o rozmanitosti archeí a o minimálních požadavcích na buněčný život. Ukázal, že mimořádně malá buňka může existovat díky extrémní metabolické závislosti na jiném mikroorganismu. Pozdější výzkum odhalil další příbuzné linie velmi malých archeí, takže Nanoarchaeum není izolovanou kuriozitou, ale součástí širší evoluční skupiny.

Studium tohoto organismu má význam pro mikrobiální ekologii hydrotermálních systémů, evoluci genomů i výzkum symbióz. Připomíná také, že velikost organismu a genomu sama o sobě neurčuje biologickou jednoduchost. Klíčové je, jak jsou životní funkce rozděleny mezi jednotlivé členy společenstva a jak těsně jsou na sobě závislé.

Energetická závislost

Ignicoccus hospitalis získává energii chemolitotrofním metabolismem a vytváří organické látky, které mohou být zpřístupněny přisedlému Nanoarchaeum. Přenos mezi buňkami musí být velmi účinný, protože malá archea nemá vlastní plnohodnotný aparát pro řadu biosyntetických procesů. Přesný mechanismus výměny molekul je předmětem výzkumu a těsný fyzický kontakt je pro něj zásadní.

Tento vztah ukazuje, že hranice samostatného organismu může být v mikrobiálním světě velmi úzká. Nanoarchaeum má vlastní membránu, DNA a ribozomy a samo se dělí, zároveň však bez metabolismu partnera nedokáže dokončit základní buněčné funkce. Podobné systémy pomáhají vědcům zkoumat, které geny a metabolické dráhy jsou skutečně nezbytné pro nezávislý život.

Velikost genomu a buněk

Buňky Nanoarchaeum patří k nejmenším známým buněčným organismům a tomu odpovídá i mimořádně malý genom. Redukce však neznamená, že jde o jednoduchý předstupeň života. Spíše odráží dlouhodobou evoluci v těsném vztahu s hostitelem, při níž se některé funkce staly zbytečnými a mohly být ztraceny. Zachované geny jsou soustředěny především na replikaci genetické informace, tvorbu bílkovin a základní buněčnou organizaci.