Медузоподобный паразит лосося способен жить без кислорода

Ученые обнаружили первое многоклеточное животное, лишенное митохондриального генома и совершенно не нуждающееся в кислороде. Это медузоподобный паразит, обитающий в теле лосося. Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.

Использование кислорода для дыхания считается фундаментальной основой существования многоклеточных животных. Результаты исследования, проведенного учеными из Израиля, США и Франции во главе с Доротеей Хачон (Dorothée Huchon) из Тель-Авивского университета, показывают, что существует по крайней мере одно животное, которое обходится без кислорода.

Примерно 1,45 миллиарда лет назад два одноклеточных организма — крупная архея и более мелкая бактерия — слились вместе, образовав первую эукариотическую клетку. Бактерии, которые оказались внутри, стали органеллами, называемыми митохондриями. Эти органеллы используются всеми животными и растениями для выработки аденозинтрифосфата (АТФ) — универсального источника энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Митохондрии имеют собственный геном, являющийся дополнением к основному геному ядра клетки.

Изучая паразита лососевых рыб Henneguya salminicola, относящегося к типу стрекающих, или книдарий (к этому же типу принадлежат медузы и коралловые полипы), ученые не обнаружили у него митохондриальной ДНК. Сначала исследователи думали, что они допустили ошибку при секвенировании, но повторные анализы и микроскопические исследования подтвердили результат. Этот крошечный книдарий каким-то образом существует без кислорода. Энергию для своего существования, по мнению исследователей, он получает от своего хозяина.

Известны механизмы, позволяющие организмам успешно приспосабливаться к условиям низкого содержания кислорода, или гипоксии. Например, некоторые одноклеточные развили подобные митохондриям органеллы для анаэробного метаболизма. Однако возможность использования таких механизмов адаптации многоклеточными до этого ставилась под сомнение. Предполагалось, что их клетки слишком сложны и уже не способны существовать без митохондрий.

Результаты генетических исследований Henneguya salminicola показали, что организм, адаптируясь к анаэробной среде, потерял не только митохондриальный геном, а вместе с ним и способность к кислородному дыханию, но и почти все ядерные гены, участвующие в транскрипции и репликации митохондрий.

Как и у одноклеточных организмов, в его клетках развились так называемые органеллы, подобные митохондриям (mitochondria-related organelles — MRO), которые прежде обнаруживали лишь у некоторых протист, утерявших настоящие митохондрии. MRO считаются продуктом деградации митохондрий в процессе адаптации к бескислородной среде. Органеллы Henneguya salminicola необычны. Как и митохондрии, они имеют кристы — складки внутренней мембраны.

Изученный авторами организм пока является уникальным. Те же методы секвенирования и флуоресцентной микроскопии обнаружили полноценный митохондриальный геном у близкородственного вида книдария Myxobolus squamalis, такого же паразита рыб.

"Наше открытие подтверждает, что адаптация к анаэробной среде не уникальна для одноклеточных эукариот, но также развивается у многоклеточных паразитических животных", — пишут исследователи в своей статье.

Изученный пример — доказательство возможности эволюционного перехода от аэробного метаболизма к анаэробному у многоклеточных. При этом происходит так называемое генетическое упрощение. За долгие годы эволюции эти крошечные книдарии превратились из свободно живущих предков медуз в более примитивных паразитов. Они потеряли большую часть первоначального генома медузы, но сохранили структуры, напоминающие жалящие клетки, которые они используют не для поражения врагов, а для закрепления в теле рыбы.