Знание-сила, 2000 № 05-06 (875,876)

Недавнее прочтение генома риккетсии (1111 килобаз, или тысяч букв генкода) позволило на молекулярном уровне подтвердить открытие, сделанное лет пятнадцать тому назад. Речь идет об «инвазии» митохондрий в клетки!

Поясним, что митохондрии — это органеллы клеток, в которых за счет энергии «сжигания» глюкозы образуется АТФ: сначала две молекулы в бескислородных условиях, а затем еще 36 в присутствии кислорода. Так происходит снабжение клетки энергией. Для ее получения можно есть много малокалорийной травы, а можно получать ее в концентрированной форме, если поедать мясо других. Так возникло хищничество, которое неотделимо от агрессии.

Так вот, уже давно высказывалось мнение о том, что хлоропласты растительных клеток (в них идет фотосинтез и из CO₂ и воды «делается» глюкоза) и митохондрии животных — это «чужие» органы, имплантаты древних микроорганизмов в не менее древние клетки. Дело доходит до того, что хлоропласты и митохондрии «передают» ядрам клеток часть своих генов, причем в случае последних весьма значительную.

У риккетсии всего 834 гена, что несравнимо с 4300 генами свободно живущей кишечной палочки. Это генетическое подтверждение давно известного факта упрощения, «регрессии» паразитов и их образа жизни. Им просто не нужны многие гены, поскольку паразиты получают достаточно много от своих хозяев.

Но, тем не менее, ученых ждало одно удивительное наблюдение! Выяснилось, что митохондриальной ДНК у риккетсии оказалось почти 70 килобаз. Добавим, что у нас в митохондриях всего 16 килобаз!

Сравнение генных последовательностей показывает со всей очевидностью, что риккетсия и митохондрии являются… эволюционными родственниками. Среди других эволюционно связанных организмов мы видим растения арабидопсис и маршанцию, упоминавшуюся уже реклиномонас, хлебные дрожжи, африканскую шпорцевую лягушку «Ксенопус левис», акантамебу и так далее. Особенно интересно в этой связи присутствие в списке знаменитой «Тетрахимена», у которой были открыты первые рибозимы — небольшие молекулы РНК, способные «резать» сами себя.

Поговорим о несколько более общих принципах биоэнергетики. Сейчас она представлена в основном клеточным «дыханием», при котором глюкоза сжигается до СО, и воды. При этом «получателем» (акцептором) электрона служит кислород. Правда, у грибков и реснитчатых простейших электрон акцептируется нитратом, а продуктом является закись азота.

И вот Анна Ахманова из университета в голландском Неймегене нашла новый уникальный микроорганизм «Никтотерус овалис», содержащий вместо митохондрий гидрогеносомы. Это реснитчатое одноклеточное живет в почти бескислородной среде кишечника тараканов и древоточцев, помогая последним расщеплять древесную клетчатку целлюлозу. Митохондрии этих клеток названы «водородосомами» потому, что они помимо АТФ в качестве побочного продукта образуют и молекулярный водород. Такие гидрогеносомы известны уже более четверти века. Полагают, что они возникли — как и митохондрии — из эндосимбиогических микроорганизмов. До сих пор, однако, не удавалось обнаружить в них собственный «автономный» геном. Теперь это посчастливилось сделать Ахмановой.

Сначала ДНК гидрогеносом пометили антителами, которые специфичны для вещества генов. Потом с трудом обнаружили характерную для митохондрий РНК («Никтотерус» не живет в культуре, поэтому его приходилось с превеликой осторожностью «доставать» из кишечника насекомого). Как же доказать, что «Никтотерус» продуцирует водород?

В свое время Д. Дефо писал, что микроскоп позволяет видеть на блохе блошиночку и так «ад инфинитум», то есть до бесконечности. Блоха паразитирует на человеке и животных, риккетсия — на блохе и так «ад инфинитум». Нечто подобное оказалось и с «Никтотерус». В нем был обнаружен еше один эндосимбионт, представляющий собой метаноген, то есть симбионт, синтезирующий метан с помощью получаемого водорода!

ДНК гидрогеносомы состоит из 1198 кодирующих аминокислоты троек букв ген-кода (кодонов-триплетов). Расшифрованная последовательность указывает на фермент гидрогеназу, содержащую железо (подобно железу в геме гемоглобина нашей крови). Такие ферменты выделены из широко известного микроба «Клостридиум» и протеобактерии «Десульфовибрио», живущей на сере. Авторы указывают, что «их» гидрогеназа сходна по своей последовательности с ядсрным ферментом того же «назначения». При этом ядерный ген гидрогеназы заканчивается повтором букв ген-кода, который характерен для… теломер. А теломеры, как известно, и о чем уже писал журнал «Знание — сила», тесно связаны с «предопределением срока жизни клетки и количеством ее делений». Что-то уж очень много совпадений…