Сотрудники лаборатории профессора Уильяма Рэтклиффа из Технологического института Джорджии сообщили в журнале Current Biology, что смогли создать один из первых в мире штаммов дрожжей, самочувствие которых лучше как раз на свету. И если истории о людях-солнцеедах (они же праноеды, они же бретарианцы) кажутся сказкой, то в отношении крошечных видов жизни это вовсе не фантастика.
Соавтор исследования Энтони Бернетти рассказал, что они с коллегами были откровенно шокированы тем, насколько просто оказалось превратить дрожжи в фототрофы, что означает «питающиеся светом». Всё, что учёным понадобилось сделать — это переместить один ген.
Исследование стало логичным продолжением прошлой научной работы группы Рэтклиффа по изучению эволюции многоклеточной жизни. Авторы опубликовали первый отчёт о своём эксперименте по долгосрочной эволюции многоклеточных организмов (MuLTEE) в журнале Nature в 2023 году. Суть достижения была в том, что полученные в ходе экспериментов многоклеточные дрожжи, формой похожие на снежинки, смогли повторять свою многоклеточность на протяжении 3000 поколений. И этой был первый столь долгосрочный эволюционный эксперимент по выведению новых видов многоклеточных организмов от одноклеточных предков в лаборатории. https://phys.org/news/2023-05-journey-multicellular-life-long-term-experimental.html
В ходе эволюционного эксперимента обнаружилось существенное ограничение для развития многоклеточных дрожжей: трудности с получением ими энергии. Энтони Бернетти пояснил, что кислороду трудно проникать глубоко в их ткани. Так возник замысел для дальнейших исследований.
Один из способов дать организмам заряд энергии без кислорода — это врубить им свет. Но талант преобразовывать свет в полезную энергию — это не так-то просто с эволюционной точки зрения. Например, молекулярный механизм, который позволяет растениям использовать свет для получения энергии, включает множество генов и белков, которые трудно выработать и передать другим организмам. Причём добиться такого было бы сложно не только в лаборатории: над этим, как считает наука, немало попотела сама эволюция.
Однако, на удачу, растения — не единственные, кому дано превращать свет в энергию. Существуют и другие, которые используют свет более простым способом с помощью родопсинов — это белки, которые могут преобразовывать свет в энергию без дополнительных клеточных механизмов.
Ведущий соавтор исследования биолог Отэм Питерсон рассказала, что родопсины встречаются по всему древу жизни. А происходит это благодаря генетическому обмену, который называется горизонтальным переносом генов. То есть речь об обмене генетической информацией между чуждыми друг другу организмами. Горизонтальный перенос генов может способствовать эволюционные рывкам, когда за короткое время, например, бактерии быстро развивают устойчивость к определённым антибиотикам. Итак, горизонтальный перенос может происходить со всеми видами генетической информации и особенно часто встречается с белками родопсинов.
Бурнетти объяснил, что при поисках способа внести родопсины в многоклеточные дрожжи биологи обнаружили, что могут устроить горизонтальный перенос родопсинов в обыкновенные одноклеточные дрожжи, в которых ранее такого отродясь не водилось.
Чтобы убедиться в интересной возможности, они добавили ген родопсина, выделенный из паразитического гриба, к обычным хлебопекарным дрожжам. Специфический ген кодирует форму родопсина, который вводится в клеточную вакуоль, то есть в часть клетки, способную превращать родопсин в энергию.
Заполучив таким образом себе в вакуоли родопсина, дрожжи проявили способности расти приблизительно на 2% быстрее под освещением. Благодаря переносу единственного гена линия организмов стала фототрофной, получающей дополнительную энергию просто от света — и это колоссальное преимущество с точки зрения эволюции!
Эта кажущаяся простота достижения доказывает на своём примере сравнительную лёгкость, с которой родопсины смогли распространиться по столь многим линиям жизни, добавила Отэм Питерсон.
Кстати, описанная вакуолярная функция может влиять на клеточное старение. Так что группа биологов теперь проверяет, могут ли родопсины снижать эффекты старения дрожжей. Тем временем иные учёные уже начинают использовать новые дрожжи со световом «прикормом» с прицелом на синтез биотоплива.
А коллектив профессора Уильяма Рэтклиффа идёт своим путём. Им интересно понять, как бы передать преимущества одноклеточных дрожжей-светоедов многоклеточным организмам. Говоря о MuLTEE, Бурнетти назвал это прошлогоднее достижение прекрасной модельной системой простой многоклеточности, у которой теперь забрезжили шансы обрести фототрофность.
