Возможно, вы знаете дрожжи как организм, который превращает углеводы в хлеб и пиво, если оставить их бродить в темноте. В таких случаях воздействие света может помешать или даже испортить процесс. В новом исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, ученые из Школы биологических наук Технологического института Джорджии создали один из первых в мире штаммов дрожжей, которые от включенного света только счастливы.
Простое наделение дрожжей столь важным с эволюционной точки зрения признаком может иметь большое значение для нашего понимания того, как этот признак возник, и как его можно использовать для изучения таких вещей, как производство биотоплива, эволюция и клеточное старение. В поисках энергетической подпиткиИсследование было вдохновлено работой группы по изучению эволюции многоклеточной жизни. В прошлом году группа опубликовала в журнале Nature первый отчет об эксперименте Multicellularity Long-Term Evolution Experiment (MuLTEE), раскрыв, как их одноклеточный модельный организм, «дрожжи-снежинки», смог развить многоклеточность за 3 000 поколений. На протяжении всех этих эволюционных экспериментов обнаружилось одно серьезное ограничение для эволюции многоклеточных: энергия.
Один из способов дать организмам энергетическую подпитку без использования кислорода — это свет. Но способность превращать свет в полезную энергию может быть сложной с эволюционной точки зрения. Например, молекулярный механизм, позволяющий растениям использовать свет для получения энергии, включает в себя множество генов и белков, которые сложно синтезировать и передать другим организмам — как в лаборатории, так и естественным путем в ходе эволюции. К счастью, растения — не единственные организмы, способные преобразовывать свет в энергию. Проще простогоБолее простой способ использования света организмами — это родопсины: белки, которые могут преобразовывать свет в энергию без дополнительных клеточных механизмов.
Такой тип генетического обмена называется горизонтальным переносом генов и подразумевает обмен генетической информацией между организмами, которые не являются близкими родственниками. Горизонтальный перенос генов может привести к, казалось бы, большим эволюционным скачкам за короткое время, например, к тому, что бактерии быстро развивают устойчивость к определенным антибиотикам. Это может происходить с любыми видами генетической информации, но особенно часто происходит с белками родопсина.
Чтобы проверить, удастся ли создать одноклеточный организм с родопсином, работающим на солнечной энергии, исследователи добавили ген родопсина, синтезированный из паразитического грибка, в обычные пекарские дрожжи. Этот специфический ген кодирует форму родопсина, которая вставляется в вакуоль клетки — часть клетки, которая, как и митохондрии, может превращать химические градиенты, создаваемые белками, подобными родопсину, в энергию. Оснащенные вакуольным родопсином, дрожжи росли примерно на 2% быстрее при освещении — огромное преимущество с точки зрения эволюции.
Эта простота дает ключевое представление об эволюции и многое говорит о том, «с какой легкостью родопсины смогли распространиться по столь многим линиям и почему это может быть так», — объясняет Петерсон, которая недавно получила за свою работу стипендию Гиллиама Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). Карина Баскетт, автор грантов Центра динамики микроорганизмов и инфекций Технологического института Джорджии, также работала над этим исследованием. Поскольку функция вакуолей может способствовать клеточному старению, группа также начала сотрудничество для изучения того, как родопсины могут уменьшить эффект старения в дрожжах. Другие исследователи уже начали использовать подобные новые дрожжи, работающие на солнечной энергии, для изучения прогрессивного биопроизводства, что может означать значительные улучшения в таких областях, как синтез биотоплива. Рэтклифф и его группа, однако, в основном стремятся изучить, как это дополнительное преимущество может повлиять на путь одноклеточных дрожжей к многоклеточному организму.
12.01.2024 |
Биосфера
Nature: Орангутан первым среди животных лечился припаркой из целебных трав | |
Орангутан с острова Суматра удивил ученых... |
Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться | |
В результате климатического кризиса глобальное... |
Низкоинтенсивный выпас лучше для биоразнообразия, но не для землепользователей | |
Выпас как домашних, так и диких... |
Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне | |
Наше тело состоит из триллионов различных... |
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному | |
Исследователь из Мельбурнского университе... |
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали | |
Болтливые белки, очаровательные нутрии и ... |
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад | |
По мнению исследовательской группы под ру... |
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет | |
Микросателлиты — ценный инструмент ... |
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда | |
Если вы задаетесь вопросом, кому принадле... |
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах | |
Тропические бабочки Heliconius хорошо известны... |
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи | |
Более 90% коммерчески доступных каротиноидов п... |
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком | |
Некоторые цецилии выкармливают своих детенышей... |
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды | |
В новом исследовании неврологи показали, как&n... |
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки | |
Бурые медведи, добывающие пищу на полуост... |
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов | |
Если бы мы могли встать на мест... |
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции | |
Самый обширный анализ такого рода показывает, ... |
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству | |
Размножение гигантских морских пауков в А... |
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике | |
Имиджеомика, новая область науки, за посл... |
Palaeontology: Древнейшая ископаемая рептилия из Альп оказалась подделкой | |
Окаменелость возрастом 280 млн лет, котор... |
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак | |
Крошечный корень растения толщиной не бол... |
Nature: Как плодовые мушки управляют навигационной системой мозга | |
Когда мы идем по улице, у нас&n... |
Переселенные овсянки со временем разучивают все песни, необходимые для выживания | |
Птенцы певчих птиц, переселенные в рамках... |
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый | |
Козы могут отличить счастливого человека от&nb... |
Маленькие-то какие хорошенькие! Ученые впервые увидели новорожденную белую акулу | |
Вы удивитесь, но большие белые акулы, сов... |
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса | |
Всем живым существам необходим сон. Когда люди... |
Scientific Reports: Перья у динозавров могли появиться как средство запугивания | |
Небольшие всеядные и насекомоядные диноза... |
СПбГУ: Вот почему сальмонелла по-разному заражает животных, насекомых и растения | |
Ученые СПбГУ с коллегами провели исследов... |
FEM: Ученые предлагают сушить живые деревья ради сохранения биоразнообразия | |
Экологам давно известно, что мертвые дере... |
EEH: Ученые призвали не игнорировать влияние кожного микробиома на здоровье | |
Эпидермальные микроорганизмы, жизненно важные ... |
Royal Society Open Science: Ученые выяснили, как акулы-молотилки лупят хвостом | |
Подобно Индиане Джонсу с его хлыстом... |