생명체를 원핵생물과 진핵생물로 나누는 전통적인 분류는 1977년에 rRNA 서열 특성 분석에서 고세균(당시 '고세균'이라고 불림)이 "박테리아가 진핵생물과 관련이 있는 것처럼 먼 관련이 있는 것"이라는 사실이 밝혀지면서 수정되었습니다. 진정세균(모든 전형적인 박테리아 포함), 고세균 및 진핵생물로 분류됩니다. 진핵생물의 기원에 대한 문제는 남아 있었다. 머지 않아 진핵 생물의 고세 조상을지지하는 증거가 쌓이기 시작했습니다. 특히 흥미로운 점은 Asgard archaea가 게놈에 수백 개의 ESP(eukaryotic signature protein) 유전자를 가지고 있다는 사실입니다. ESP는 진핵생물의 세포골격 및 복잡한 세포 구조 특성의 발달에 중요한 역할을 합니다. 21년 2022월 XNUMX일에 발표된 획기적인 연구에서 연구원들은 극저온 전자 단층 촬영을 사용하여 이미지화한 포착하기 힘든 아스가르드 고세균의 풍부한 문화를 성공적으로 배양했다고 보고했습니다. 그들은 Asgard 세포가 실제로 복잡한 액틴 기반 세포골격을 가지고 있음을 관찰했습니다. 이것은 진핵생물의 기원을 이해하는 데 중요한 단계인 진핵생물의 고대 조상에 대한 최초의 직접적인 시각적 증거였습니다.
1977년까지 지구상의 생명체는 다음과 같이 분류되었습니다. 진핵 생물 (세포의 유전 물질이 잘 정의된 핵에 포함되고 세포골격이 존재하는 것을 특징으로 하는 복잡한 형태) 및 원핵생물(박테리아 및 고세균을 포함하여 특정 핵이 없이 세포질에 유전 물질이 있는 단순한 생명체). 셀룰러라고 생각됐는데 진핵 생물 약 2억년 전, 아마도 원핵생물에서 진화했을 것입니다. 그러면 진핵생물은 정확히 어떻게 유래되었는가? 복잡한 세포 생명체는 단순한 세포 생명체와 어떻게 연결되어 있습니까? 이것은 생물학에서 큰 공개 질문이었습니다.
유전자와 단백질의 분자생물학에서의 기술적 진보는 1977년 고세균(당시 '고세균'이라고 불림)이 ''박테리아가 박테리아와 먼 관계에 있는 것처럼 진핵 생물. '초기에 생명체를 원핵생물과 진핵생물로 구분한 것은 세포 소기관 수준의 표현형 차이에 기초를 두었습니다. 대신에 계통발생적 관계는 널리 분포된 분자에 기초해야 합니다. 리보솜 RNA(rRNA)는 모든 자가 복제 시스템에 존재하고 시간이 지나도 서열이 거의 변하지 않는 생체분자 중 하나입니다. rRNA 서열 특성 분석을 기반으로 한 분석에서는 살아있는 유기체를 진균(모든 일반 박테리아로 구성)으로 그룹화해야 했습니다. 고등어, 그리고 진핵생물1.
그 후, 고세균과 진핵생물 사이의 긴밀한 관계에 대한 증거가 나타나기 시작했습니다. 1983년에 고세균과 고세균의 DNA 의존성 RNA 중합효소가 발견되었습니다. 진핵 생물 동일한 유형입니다. 둘 다 놀랍도록 유사한 면역화학적 특성을 나타내며 둘 다 공통 조상 구조에서 파생됩니다.2. 1989년에 발표된 또 다른 연구에서 한 단백질 쌍의 추론된 복합 계통발생수에 기초하여 진핵생물과 고세균이 진정세균보다 더 밀접한 관계가 있음이 밝혀졌습니다.3. 이때까지 고대의 기원은 진핵 생물 확립되었지만 정확한 고세균 종은 확인되고 연구되어야 합니다.
성공에 따른 게놈 연구의 성장 게놈 프로젝트, 이 영역에 꼭 필요한 채우기를 제공했습니다. 2015년부터 2020년 사이에 여러 연구에 따르면 아스가르드는 고등어 진핵생물 특유의 유전자를 가지고 있다. 그들의 게놈은 진핵생물에 특이적인 것으로 간주되는 단백질이 풍부합니다. 이 연구에서는 아스가르드 고세균이 게놈에 수백 개의 진핵생물 시그니처 단백질(ESP) 유전자의 존재로 인해 진핵생물에 가장 가까운 유전적 근접성을 갖고 있음을 명확하게 확인했습니다.
다음 단계는 ESP가 복잡한 세포 구조의 형성에 중요한 역할을 한다는 것이 널리 알려진 ESP의 역할을 확인하기 위해 Asgard archaea의 내부 지하실 구조를 물리적으로 시각화하는 것이었습니다. 이를 위해서는 이 고세균의 고농축 문화가 필요했지만 아스가르드는 파악하기 어렵고 신비로운 곳으로 알려져 있습니다. 실험실에서 연구하기에 충분한 양으로 재배하는 데 어려움이 있습니다. 21년 2022월 XNUMX일에 최근 보고된 연구에 따르면 이제 이 어려움이 극복되었습니다.
연구원들은 XNUMX년간의 노력 끝에 기술을 즉흥적으로 발전시켰고 실험실에서 'Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', Asgard phylum의 구성원. 이는 연구원들이 아스가르드의 내부 세포 구조를 시각화하고 연구할 수 있게 했기 때문에 놀라운 성과였습니다.
농축 배양을 이미지화하기 위해 저온전자단층촬영(Cryo-electron tomography)이 사용되었습니다. 아스가르드 세포에는 구균체 세포체와 분지형 돌출부 네트워크가 있었습니다. 세포 표면 구조는 복잡했습니다. 세포골격은 세포체 전체에 걸쳐 확장되었습니다. 꼬인 이중 가닥 필라멘트는 Lokiactin(즉, Lokiarchaeota에 의해 암호화된 액틴 동족체)을 구성합니다. 따라서 아스가르드 세포는 복잡한 액틴 기반 세포골격을 가지고 있었는데, 연구자들은 이것이 첫 번째 진화보다 앞서 있다고 제안했습니다. 진핵 생물.
진핵생물의 고대 조상에 대한 최초의 구체적인 물리적/시각적 증거로서 이것은 생물학에서 놀라운 진보입니다.
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참조 :
- Woese CR 및 Fox GE, 1977. 원핵생물 도메인의 계통 발생 구조: 1977차 왕국. 74년 11월 발행. PNAS. 5088 (5090) XNUMX-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- 휴에트, J., 외 1983. 고세균과 진핵생물은 일반적인 유형의 DNA 의존성 RNA 중합효소를 가지고 있습니다. EMBO J. 2, 1291–1294(1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- 이와베, N., 외 1989. 복제 유전자의 계통수로부터 유추되는 고세균, 진정세균 및 진핵생물의 진화적 관계. 절차 Natl Acad. 과학. USA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- 로드리게스-올리베이라, T., 외. 2022. 아스가르드 고고학자의 액틴 세포골격과 복잡한 세포 구조. 게시일: 21년 2022월 2022일. Nature(XNUMX). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
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