A Föld oxigéndús múltjának úttörői
A kékeszöld baktériumok, közkeletű nevükön cianobaktériumok, kulcsszerepet játszottak a légkör oxigénnel való feltöltésében 2,5 milliárd évvel ezelőtt. Nélkülük sosem alakulhatott volna ki összetett, aerob élet a bolygón. Még ma is nélkülözhetetlenek: jelentősen hozzájárulnak a globális biomasszához, és központi elemei a szén- és nitrogénkörforgásnak. Ezek a strapabíró mikrobák a forró forrásoktól az Északi-sarkvidékig, sőt a városi háztetőkön és falakon is megélnek. Legismertebb modellfajuk, az Anabaena sp. PCC 7120 (röviden Anabaena), több mint harminc éve szolgál a cianobaktériumok többsejtűségének modelljeként.
Forradalmi fejlemény a sejt belsejében
Az osztrák ISTA, az uruguayi Pasteur Intézet, a német Kiel Egyetem és a svájci Zürichi Egyetem kutatóinak közös munkája vezetett el ehhez a felfedezéshez. Kimutatták, hogy az Anabaena – és valószínűleg más többsejtű cianobaktériumok is – jelentős evolúciós átalakuláson ment keresztül. Egy ősi DNS-elosztó rendszer, mely sejtosztódáskor bontotta szét a genetikai anyagot, teljesen új szerepet kapott: fehérjehálózat formájában a sejt alakját befolyásolja.
Baktériumokban, akárcsak máshol, az osztódás során pontosan kell másolni és elosztani a DNS-t, amely kromoszómákba rendeződik. Emellett a sejtek kis extra DNS-darabkákat, úgynevezett plazmidokat is tartalmaznak, amelyek a gyors alkalmazkodást segíthetik. A rendszer, melyet eddig csak plazmidokon találtak meg, most az Anabaena kromoszómájából került elő.
Egészen új funkció, új helyen
Az igazi meglepetés azonban akkor érkezett, amikor kiderült, hogy a ParR nevű alkotóelem már nem kötődik a DNS-hez, hanem a sejt belső membránjához tapad. Társa, a ParM sem a szokványos DNS-mozgató szerkezeteket építi fel, hanem fehérjeszál-hálózatot képez közvetlenül a membrán alatt – mintegy sejtkéreggé változva. Ez a rendszer nem a sejt belső teréhez köti magát, hanem a membránhoz kapcsolódva szervezi a sejt alakját.
A kutatók tisztított fehérjeösszetevőkből mesterséges körülmények között is reprodukálták a rendszert. Megfigyelték, hogy a szálak dinamikusan nőnek és bomlanak le, mint a magasabb rendű sejtekben található mikrotubulusok. A szupermodern krio-elektronmikroszkópia kimutatta, hogy a fehérjeszálak mindkét végükön képesek növekedni és rövidülni.
Ha elvész a rendszer, elvész a sejtforma
Az igazi áttörés akkor született, amikor a kutatók eltávolították ezt a rendszert az élő bakteriális sejtekből. Az addig négyszögletes sejtek kövér, gömbölyű formára torzultak – ahogyan más baktériumoknál is történik, ha a sejtfalat fenntartó gének megsérülnek. Ezzel világossá vált: a rendszer fő feladata immár a sejtforma kialakítása, nem pedig a DNS elosztása.
Ezért a kutatók új nevet is adtak neki: CorMR, utalva a kéregre emlékeztető sajátosságaira.
Evolúciós újrahasznosítás lépésről lépésre
A CorMR rendszer létrejöttét bioinformatikai elemzések világították meg. Hosszú evolúciós lépcső vezetett idáig: először a rendszer a plazmidról a kromoszómára költözött, majd fehérjealkotói átalakultak, alkalmazkodva a membránhoz kötődéshez, és együttműködtek egy további fehérjerendszerrel. Végeredményben egy régi DNS-elosztó apparátusból soklépcsős evolúcióval olyan struktúra alakult ki, amely ma már a cianobaktériumok alakját formálja – élő példát adva arra, miként alakítja át az evolúció a régi alkatrészeket teljesen új célokra.
A történet másik oldala is lenyűgöző: ezek az ősi lények célzottan működő formaalakító rendszereikkel újraírják az élet evolúciójának forgatókönyvét.
