Биология

Новое исследование ученых из Техасского университета в Остине (США) проливает свет на то, как ключевые элементы врожденного иммунитета человека могли возникнуть благодаря древним микробам — археям из группы Asgard. Эти микробы, существовавшие на Земле еще миллиарды лет назад, по-видимому, передали свои защитные механизмы современным эукариотам, к которым относятся растения, животные и человек.

Археи Asgard — группа древних микробов, открытая относительно недавно и названная в честь мифологического мира богов из скандинавской мифологии. Эти археи, предположительно, сыграли ключевую роль в эволюции сложных форм жизни, став своеобразным «мостом» между относительно простыми бактериями и сложными эукариотами.

Как и у любых других организмов, у архей есть поражающие их вирусы, а значит, и иммунная система, призванная бороться с ними. В частности, такие белки, как виперины и аргонавты, играющие важную роль в иммунной системе всех сложных форм жизни, вероятно, произошли именно от архей Asgard. Эти белки находят и у бактерий, но у сложных организмов (эукариот) структурно они наиболее близки именно к архейным вариантам, что подтверждается исследованием, опубликованным в журнале Nature Communications.

Так, авторы новой научной работы впервые выявили в геноме архей обширный арсенал из 2610 полных защитных систем, включая уникальные варианты Mokosh, Lassamu, CBASS, несколько систем, ранее известных только у бактерий, а также широко распространенные белки виперины и аргонавты. Виперины, обнаруживая чужеродную ДНК, могут редактировать ее таким образом, чтобы вирус не мог размножаться. Аргонавты, в свою очередь, разрушают чужеродную ДНК и блокируют вирусы от создания белков через процесс, известный как РНК-интерференция — механизм, при котором клетки разрушают или подавляют активность вирусных РНК, предотвращая их размножение и распространение.

Это открытие подтверждает гипотезу о том, что все сложные формы жизни, то есть эукариоты, включающие растения, животных и человека, вероятно, возникли в результате симбиотического союза между бактериями и археями Asgard.

«Следовательно, археи Asgard — в каком-то смысле наши микробные предки. Они передали эукариотам не только некоторые свои структурные белки, но и системы защиты от вирусов», — отметил Бретт Бейкер, старший автор исследования и доцент кафедры интегративной биологии и морских наук.

Чтобы подтвердить свою гипотезу, ученые применили ИИ-инструмент ColabFold для предсказания трехмерных структур белков на основе их аминокислотных последовательностей. С помощью этого инструмента удалось показать, что различные формы белка виперина, присутствующие у архей Asgard, имеют сходные структуры с белками, обнаруженными у современных эукариот. Значит, они сохранили свои структуру и функцию на протяжении миллионов лет эволюции.

Затем исследователи взяли виперины из геномов архей Asgard, клонировали их в бактерии и показали, что они действительно обеспечивают некоторую защиту от вирусов: так бактерии выживали заметно лучше, чем без асгардских иммунных белков.

Новое исследование не только проливает свет на происхождение врожденной иммунной системы человека, но и подчеркивает важность защитных механизмов, существовавших с самого зарождения жизни на Земле.

«На данный момент неоспоримо, что археи Asgard внесли значительный вклад в сложность, которую мы видим у эукариот сегодня. Теперь у нас есть убедительные доказательства того, что они участвовали и в происхождении иммунной системы», — подытожили ученые.