Два миллиарда лет назад бактерии уже заражали эукариот

Исследователи из Уппсальского университета (Швеция) пришли к выводу, что предки патогенных грамотрицательных бактерий легионелл (Legionellales) начали инфицировать эукариотические клетки два миллиарда лет назад. В отличие от прокариотов, к которым относятся бактерии, эукариоты содержат в своих клетках ядро и другие сложные структуры. Эти организмы появились на Земле гораздо позже прокариотов, два миллиарда лет назад их история только начиналась. Результаты исследования, опубликованного в журнале Molecular Biology and Evolution, помогают лучше разобраться в совместной эволюции эукариотов и их патогенных бактерий, а также вносят вклад в дискуссию о том, что появилось первым — митохондрии или фагоцитоз.

Legionellales — обширная группа патогенных бактерий, поражающая множество эукариотических организмов. В том числе ее представители становятся причиной острых инфекционных заболеваний человека. Наиболее известны среди них Legionella pneumophila — возбудитель «болезни легионеров» — и Legionella longbeachae, вызывающая понтиакскую лихорадку.

Современные легионеллы попадают внутрь клетки во время фагоцитоза — процесса поглощения и переваривания твердых частиц эукариотическими клетками. Бактерии имеют специализированные молекулярные механизмы, которые позволяют им оставаться целыми внутри клетки хозяина и использовать ее энергетические ресурсы для своего размножения.

Исследуя Legionellales, ученые показали, что все представители группы имеют молекулярные инструменты, позволяющие им не перевариваться внутри клетки хозяина. Это говорит о том, что способность заражать эукариот уже существовала у общих предков современных легионелл, живших два миллиарда лет назад. Вероятно, эти бактерии стали одними из первых паразитов клеточных организмов.

Новые выводы актуальны в контексте давней научной дискуссии о том, что произошло раньше — митохондрии или фагоцитоз. Этот вопрос напоминает парадокс курицы и яйца. Митохондрии представляют собой клеточные органеллы, в которых проходит окисление органических соединений и синтезируется АТФ — универсальный источник энергии для практически всех биохимических процессов.

Согласно наиболее популярной гипотезе происхождения митохондрий — теории симбиогенеза, — они, как и хлоропласты растений, произошли от бактерий, поглощенных эукариотической клеткой. Для этого процесса понадобился бы фагоцитоз, который требует настолько много энергии, что его существование сложно представить в клетках без митохондрий.

Результаты нового исследования свидетельствуют в пользу того, что фагоцитоз появился раньше митохондрий. По крайней мере, этот процесс должен быть таким же древним, как бактерии Legionellales.