Международная группа ученых обнаружили первую азотфиксирующую органеллу внутри эукариотической клетки, которая может заменить собой удобрения. Открытие, о котором рассказывается в статье, опубликованной в журнале Science, опровергает устоявшееся представление, что только бактерии способны забирать азот из атмосферы и переводить его в форму, пригодную для жизни.
Азотфиксирующая органелла является четвертым примером в истории первичного эндосимбиоза — процесса, в ходе которого прокариотическая клетка поглощается эукариотической клеткой и развивается в органеллу. Таким же образом клетки обзавелись митохондриями и пластидами, такими как хлоропласты. Новая органелла была названа нитропластом.
В 1998 года ученые обнаружили в морской воде Тихого океана короткую последовательность ДНК неизвестной азотфиксирующей цианобактерии, обозначенной как UCYN-A. Оказалось, что UCYN-A находится внутри морской водоросли, которая спустя 10 лет была успешно культивирована в лаборатории.
Изначально считалось, что UCYN-A является эндосимбиотической бактерий, тесно связанной с водорослями. Однако в отдельной статье в журнале Cell ученые представили доказательства, что эта бактерия эволюционировала вместе со своим хозяином и теперь соответствует критериям органеллы. Так, рост клетки-хозяина и UCYN-A не только контролируется общим обменом питательных веществ, но органеллоподобные бактерии импортируют белки из клеток.
Клетка-хозяин вырабатывает белки и маркирует их определенной аминокислотной последовательностью, которая несет сигнал, что нужно отправить эти белки в нитропласт. Затем эти соединения встраиваются в метаболизм UCYN-A. Кроме того, UCYN-A реплицируется синхронно с клеткой водоросли и наследуется, как и другие органеллы.
Митохондрии и хлоропласты возникли миллиарды лет назад, а нитропласты, как считают авторы, появились около 100 миллионов лет назад, что дает более современный взгляд на органеллогенез. Ученые предполагают, что азотфиксирующую органеллу в будущем можно внедрить в сельскохозяйственные растения, что позволит сократить использование удобрений.