Реконструирован виром последнего общего предка эукариот

Последний общий предок эукариот (last eukaryotic common ancestor, или LECA) обладал всеми чертами, отличающими эукариот от бактерий: он имел эндомембраны, сложный цитоскелет и митохондрии. Филогеномный анализ показал, что гены эукариот происходят от архей (в частности, асгардархей) и бактерий, что указывает на симбиотическое происхождение эукариот. Принято считать, что альфапротеобактерия, давшая начало митохондрии, была проглочена асгардархеей, в результате чего и появилась эукариотическая клетка (подробнее на PCR.NEWS). Однако в последнее время было накоплено немало аргументов против такого сценария. Происхождение митохондрии от альфапротеобактерии не оспаривается, но вот хозяин первого протомитохондриального эндосимбионта, возможно, не был археей: так, клеточные мембраны эукариот более сходны с бактериальными. Март Крупович, Валериан Доля и Евгений Кунин подтвердили альтернативную гипотезу эукариогенеза, согласно которой асгардархея была проглочена бактерией, с помощью реконструкции вирома LECA. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Microbiology.

Авторы исследования использовали для реконструкции вирома LECA данные по вирусам и их хозяевам по всему филогенетическому дереву эукариот. Среди вирусов, инфицировавших LECA, широко представлены вирусы реалма Riboviria (реалм, или империя — высший таксономический ранг у вирусов). Более того, диверсификация некоторых рибовирусов, по всей видимости, произошла еще до появления LECA, возможно, благодаря горизонтальному переносу вирусов на значительные эволюционные расстояния. Входят в виром LECA и члены реалма Monodnaviria, а среди представителей реалма Varidnaviria члены типа Nucleocytoviricota уникальны для эукариот. В состав реалма Duplodnaviria входят главным образом вирусы бактерий и архей, однако в последнее время среди членов реалма были найдены и вирусы эукариот, в том числе и те, что поражали LECA. Представителей реалма Ribozyviria, которые, как предполагают, заражают протистов, в вироме LECA найдено не было.

Авторы работы отмечают сходство виромов LECA и реконструированного ими ранее вирома LUCA (последнего универсального общего предка, то есть предка всех клеточных организмов): оба вирома составлены вирусами разных групп и различного происхождения. Исследователи предположили, что во время между зарождением эукариот и появлением LECA виросфера подверглась интенсивной диверсификации — одновременно с эволюцией особой архитектуры эукариотической клетки.

Принимая гипотезу, что основу эукариотической клетки составила асгардархея, можно было бы предположить, что и вирусы архей Asgard являются предками вирусов эукариот. Однако это не было подтверждено. В обсуждаемой работе было показано, что у вирусов, заражающих эукариот, из всех четырех реалмов есть предки среди вирусов бактерий. Авторы работы восстановили возможные пути появления эукариотических вирусов из бактериальных. Например, некоторые вирусы реалма Riboviria произошли от предкового левивируса. Этот вирус утратил ген, кодирующий капсидный белок, и дал начало бескапсидным эукариотическим репликатором, которые, в свою очередь, позднее обзавелись собственными белками капсида.

Авторы подчеркивают, что бактериальное происхождение вирома LECA свидетельствуют в пользу тех сценариев эукариогенеза, при которых протоэукариотическая клетка никогда не имела архейной мембраны. В частности, полученные результаты укладываются в модель двухстадийного эукариогенеза, на первой стадии которого бактерия-хозяин (возможно, дельтапротеобактерия) поглотила архею — так появился первый общий предок эукариот (FECA). Архея в этом сценарии могла стать предком клеточного ядра. Захват бактерии, которая стала митохондрией, привел к появлению второго общего предка эукариот (SECA). В таком случае виром LECA формировался двумя волнами адаптации бактериальных вирусов: сначала из вирома дельтапротеобактерий, а затем из вирома альфапротеобактерии — предка митохондрии. Эукариотическая клетка в этом сценарии сохраняет бактериальные мембраны на всех стадиях эукариогенеза, тогда как архейная мембрана утрачивается в ходе симбиоза. Вирусы же архей лишаются доступа к новому хозяину еще на первом этапе эукариогенеза, прежде всего из-за недоступности архейных вирусных рецепторов.

Евгений Кунин. Мир вирусов, древний и современный

У археи Асгарда есть скелет