Учёные обнаружили, как бактерии перепрофилировали систему деления ДНК для формирования клеток

Учёные из Института науки и технологий Австрии (ISTA) сделали неожиданное открытие, изучая цианобактерии Anabaena. Оказалось, что древняя биологическая система, изначально предназначенная для разделения ДНК при делении клетки, эволюционировала и стала выполнять совершенно иную функцию — формирование клеточной формы, действуя подобно цитоскелету.

Цианобактерии, ответственные за насыщение атмосферы Земли кислородом миллиарды лет назад, остаются важнейшими организмами для биосферы. Исследователь Бенджамин Шпрингштейн обнаружил, что у многоклеточных цианобактерий система ParMR, обычно связанная с сегрегацией плазмид (небольших молекул ДНК), встроена в хромосому и кардинально изменила свою роль.

Эксперименты показали, что компонент ParR больше не связывается с ДНК, а прикрепляется к клеточной мембране. Белок ParM образует под мембраной сеть динамических филаментов, которые могут расти и быстро разрушаться с обоих концов, что напоминает поведение микротрубочек в сложных клетках. Эта структура, названная CorMR, функционирует как клеточный кортекс.

«Клетки, лишённые этой системы, потеряли свою нормальную прямоугольную форму и вместо этого стали круглыми и раздутыми», — объясняет Бенджамин Шпрингштейн.

Биоинформатический анализ, проведённый в сотрудничестве с учёными из Уругвая, Германии и Швейцарии, позволил восстановить вероятный эволюционный путь системы. Превращение произошло в несколько этапов: переход системы с плазмиды на хромосому, изменение структуры её компонентов, приобретение способности связываться с мембраной и попадание под контроль дополнительной белковой системы.

Это открытие, опубликованное в журнале Science, даёт новое понимание того, как эволюция может кардинально перепрофилировать старые молекулярные машины для выполнения новых задач, что сыграло ключевую роль в развитии многоклеточности у цианобактерий.