Lokiarchaeota - Lokiarchaeota

Lokiarchaeota é um filo proposto de Archaea . O filo inclui todos os membros do grupo anteriormente denominado Deep Sea Archaeal Group (DSAG), também conhecido como Marine Benthic Group B (MBG-B). Uma análise filogenética revelou um agrupamento monofilético de Lokiarchaeota com os eucariotas . A análise revelou vários genes com funções relacionadas à membrana celular . A presença de tais genes apóia a hipótese de um hospedeiro arqueano para o surgimento dos eucariotos; os cenários semelhantes aos eócitos .

O Lokiarchaeota foi introduzido em 2015 após a identificação de um genoma candidato em uma análise metagenômica de uma amostra de sedimento meso-oceânico. Esta análise sugere a existência de um gênero de vida unicelular denominado Lokiarchaeum . A amostra foi coletada perto de uma fonte hidrotérmica em um campo de ventilação conhecido como Castelo de Loki, localizado na curva entre o cume Mohns / Knipovitch no Oceano Ártico .

Descoberta

Foram analisados ​​os sedimentos de um núcleo gravitacional retirado em 2010 no vale do rift na cordilheira Knipovich no Oceano Ártico, perto da chamada fonte hidrotermal do Castelo de Loki . Horizontes de sedimentos específicos, anteriormente mostrados por conterem altas abundâncias de novas linhagens de archaea, foram submetidos a análises metagenômicas. Devido à baixa densidade de células no sedimento, a sequência genética resultante não provém de uma célula isolada, como seria o caso na análise convencional, mas sim de uma combinação de fragmentos genéticos. O resultado foi um genoma composto 92% completo e 1,4 vezes redundante denominado Lokiarchaeum .

A análise metagenômica determinou a presença do genoma de um organismo na amostra. No entanto, o próprio organismo não foi cultivado até anos depois, com um grupo japonês relatando pela primeira vez o isolamento e cultivo de uma cepa de Lokiarcheota em 2019.

O filo Lokiarchaeota foi proposto com base em análises filogenéticas usando um conjunto de genes codificadores de proteínas altamente conservados. Por meio de uma referência ao complexo da fonte hidrotérmica de onde se originou a primeira amostra do genoma, o nome se refere a Loki , o deus nórdico que muda de forma. O Loki da literatura foi descrito como "uma figura incrivelmente complexa, confusa e ambivalente que tem sido o catalisador de inúmeras controvérsias acadêmicas não resolvidas", uma analogia ao papel de Lokiarchaeota em debates sobre a origem dos eucariotos.

Descrição

O Lokiarchaeum genoma compósito consiste em 5,381 codificação de proteínas de genes . Destes, cerca de 32% não correspondem a nenhuma proteína conhecida, 26% se assemelham a proteínas arquea e 29% correspondem a proteínas bacterianas. Esta situação é consistente com: (i) as proteínas de um novo filo (com poucos parentes próximos ou nenhum) sendo difíceis de atribuir ao seu domínio correto ; e (ii) pesquisas existentes que sugerem que houve uma transferência significativa de genes interdomínios entre bactérias e Archaea.

Uma pequena, mas significativa porção das proteínas (175, 3,3%) para as quais os genes recuperados codificam são muito semelhantes às proteínas eucarióticas . A contaminação da amostra é uma explicação improvável para as proteínas incomuns porque os genes recuperados sempre foram flanqueados por genes procarióticos e nenhum gene de origem eucariótica conhecida foi detectado no metagenoma do qual o genoma composto foi extraído. Além disso, análises filogenéticas anteriores sugeriram que os genes em questão tinham sua origem na base dos clados eucarióticos .

Em eucariotos, a função dessas proteínas compartilhadas inclui a deformação da membrana celular, a formação do formato da célula e um citoesqueleto de proteína dinâmico . Conclui-se então que Lokiarchaeum pode ter algumas dessas habilidades. Outra proteína compartilhada, a actina , é essencial para a fagocitose em eucariotos. A fagocitose é a capacidade de envolver e consumir outra partícula; tal habilidade facilitaria a origem endossimbiótica de mitocôndrias e cloroplastos , que é uma diferença chave entre procariotos e eucariotos.

Significado evolucionário

Uma árvore evolutiva esquemática das arquéias, incluindo Lokiarchaeota e a raiz dos eucariotos

Uma análise comparativa do genoma de Lokiarchaeum com genomas conhecidos resultou em uma árvore filogenética que mostrou um grupo monofilético composto de Lokiarchaeota e eucariotos, apoiando um hospedeiro arqueano ou cenários semelhantes a eócitos para o surgimento dos eucariotos. O repertório de funções relacionadas à membrana de Lokiarchaeum sugere que o ancestral comum dos eucariotos pode ser uma etapa intermediária entre as células procarióticas, desprovidas de estruturas subcelulares, e as células eucarióticas, que abrigam muitas organelas .

Carl Woese 's do sistema de três domínios classifica vida celular em três domínios: archaea, bactérias, e eucariotas; o último sendo caracterizado por células grandes e altamente evoluídas, contendo mitocôndrias , que ajudam as células a produzir ATP (trifosfato de adenosina, a moeda de energia da célula) e um núcleo ligado à membrana contendo ácidos nucléicos . Protozoários e todos os organismos multicelulares, como animais, fungos e plantas, são eucariotos.

Acredita-se que as bactérias e as arquéias sejam as mais antigas das linhagens, já que os estratos fósseis com a assinatura química dos lipídios das arquéias datam de 3,8 bilhões de anos atrás. Os eucariotos incluem todas as células complexas e quase todos os organismos multicelulares. Acredita-se que eles tenham evoluído entre 1,6 e 2,1 bilhões de anos atrás. Embora a evolução dos eucariotos seja considerada um evento de grande significado evolutivo, nenhuma forma intermediária ou "elos perdidos" foram descobertos anteriormente. Neste contexto, a descoberta de Lokiarchaeum , com algumas, mas não todas as características dos eucariotos, fornece evidências sobre a transição de arquéias para eucariotos. Lokiarchaeota e os eucariotos provavelmente compartilham um ancestral comum e, se assim for, divergiram há cerca de dois bilhões de anos. Esse suposto ancestral possuía genes "iniciais" cruciais que permitiam o aumento da complexidade celular. Esse ancestral comum, ou um parente, acabou levando à evolução dos eucariotos.

Em 2020, um grupo de pesquisa japonês relatou a cultura de uma variedade de Lokiarcheota em laboratório. Esta cepa, atualmente denominada Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum cepa MK-D1, foi observada em associação sintrófica com dois micróbios consumidores de hidrogênio: uma bactéria redutora de sulfato do gênero Halodesulfovibrio e um metanogênio do gênero Methanogenium . O organismo MK-D1 produz hidrogênio como um subproduto metabólico, que é então consumido pelos sintrofos simbióticos . MK-D1 também parece organizar sua membrana externa em estruturas complexas usando genes compartilhados com eucariotos. Embora a associação com alfaproteobactérias (da qual se acredita que as mitocôndrias descendam) não tenha sido observada, essas características sugerem que MK-D1 e seus sintrofos podem representar um exemplo existente de simbiose arquea-bactéria semelhante àquela que deu origem aos eucariotos. Até o momento, este é o único archaeon de Asgard para o qual uma co-cultura está disponível.

Referências