Cuarenta y dos años después de que Carl Woese definiera las arqueas como el tercer dominio de la vida, los científicos del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica IGB de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign todavía están aprendiendo sobre estos organismos antiguoseso podría ayudarnos a aprender más sobre eucariotas.
Con el tiempo, los científicos se han dado cuenta de que las arqueas tienen relaciones ancestrales cercanas con los eucariotas, el dominio de la vida que incluye animales, plantas y más.
"Todo el mundo está interesado en el origen de las células eucariotas porque somos eucariotas", dijo Rachel Whitaker, profesora de microbiología y líder del tema de investigación en el IGB. "Cuanto más aprendamos sobre las arqueas, más aprenderemosentender acerca de nuestras propias células y lo que nos hace únicos ".
Whitaker y Changyi Zhang, científico investigador del IGB, querían comprender mejor la célula arqueológica estudiando Sulfolobus islandicus , un microorganismo arqueo que se encuentra en las aguas termales geotérmicas.
Sus resultados, publicados en Comunicaciones de la naturaleza , dar una idea de la ascendencia compartida potencial de las arqueas con eucariotas y la historia evolutiva de las células. Su investigación también revoca las creencias previamente sostenidas sobre qué S. islandicus requiere para el crecimiento
"Una de las primeras preguntas es: ¿qué se necesita para crecer?", Dijo Whitaker.
Los investigadores determinaron los genes esenciales, aquellos que son críticos para el crecimiento y la supervivencia de un organismo, de S. islandicus y luego los comparó con los genes esenciales de bacterias y eucariotas para ver si podían encontrar genes que se comparten entre ellos.
En particular, querían ver si los eucariotas compartían genes esenciales con S. islandicus , ya que esto podría dar una idea del origen de los eucariotas.
Si bien no encontraron ningún gen compartido que aún no se haya definido, sí encontraron un conjunto de genes que son exclusivos de las arqueas y esenciales para su crecimiento. Ahora, quieren entender si estos genes son exclusivos dearqueas o si estaban presentes en un ancestro común de arqueas y eucariotas.
"Hay dos opciones. Alguna vez fueron compartidas por un ancestro común y perdidas por eucariotas cuando divergen de un ancestro común", dijo Whitaker. "O son nuevas, y son innovaciones que ocurrieron en la arcadacélula que no sucedió en la célula eucariota "
Si pueden entender esto mejor, pueden comprender mejor cómo divergieron las arqueas y los eucariotas, y cómo ese proceso de evolución tuvo lugar dentro de la célula.
"¿Puedes desarrollar nuevas funciones?", Dijo Whitaker. "¿Qué tipos de funciones son las que puedes desarrollar y cambiar, que son esenciales y qué tipos de funciones son las que puedes perder?"
Para estudiar S. islandicus , un organismo único que crece a altas temperaturas, Zhang tuvo que desarrollar nuevas herramientas para analizar su genoma. Estas herramientas le permitieron hacer un descubrimiento inesperado sobre la capa de superficie S-, la capa externa de las células arqueales que brinda protección.
"Solo tiene una capa S que rodea la célula", dijo Zhang. "Si la célula pierde la capa S, pierde su protección contra mucho estrés ambiental".
El consenso entre los científicos fue que la capa S era esencial para el Sulfolobus, pero Zhang confirmó que no lo es. Dijo que esto fue una sorpresa, pero ahora tienen las herramientas para probar cómo funciona la célula arqueológica con y sin este exteriorcáscara.
"Creemos que podría ser realmente importante en cómo funciona normalmente la célula", dijo Whitaker. "Sabemos que crecen, pero se ven realmente diferentes sin ella. Eso nos da algunas ideas sobre qué procesos podrían verse afectados,pero aún no sabemos cuáles son "
Una mejor comprensión de las células arqueales podría ayudar a la comunidad científica a aprender más sobre las funciones de las células eucariotas, muchas de las cuales no se comprenden bien. Estas funciones pueden afectar la salud de nuestras células y las células no saludables pueden causar mutaciones e inestabilidad del genoma, lo quepuede causar cáncer.
"Nuestra esperanza es que, al comprender mejor las piezas centrales de esas funciones, podamos comprender mejor esos sistemas, y al hacerlo, comprender mejor a nosotros mismos", dijo Whitaker.
Whitaker y Zhang dijeron que, desde que publicaron sus resultados, los investigadores de todo el mundo se han puesto en contacto con ellos para solicitarles acceso a sus datos.
"El campo de la biología de las células arcaicas realmente ha notado este trabajo ... eso es genial, viniendo del IGB y de Illinois", dijo Whitaker. "Está recordando a las personas que la investigación arqueológica está viva y bien y realmente está teniendo un gran impacto aquí"."
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Materiales proporcionado por Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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