Tidigare okända mikroorganismer kan kasta nytt ljus över arkéernas utveckling

En ny tidigare okänd grupp av primitiva encelliga livsformer, så kallade arkéer, har upptäckts av forskare från bland annat Uppsala universitet. Dessa arkéer är sannolikt beroende av andra organismer för sin överlevnad och kan troligen lagra energi genom fermentering. Studien som publicerats i Nature Communications ger nya insikter i arkéernas mångfald och evolutionära historia.

Arkéer utgör en av de tre så kallade domäner som vetenskapen delar in allt liv i. De två övriga domänerna utgörs av bakterier, som huvudsakligen utgörs av encelliga organismer, och eukaryoter som inbegriper alla organismer vars arvsmassa finns i en cellkärna. Hit räknas svampar, växter och djur.

Överallt på jorden lever arkéer: i alltifrån jord och sediment till havs- och sötvattensmiljöer. Till och med i så extrema förhållanden som heta källor, i kokande syra och i radioaktivt kärnavfall påträffas de. De finns också i våra tarmar. Arkéerna tros spela en viktig roll i biologiska näringscykler som till exempel kolets kretslopp som innefattar klimatgaserna koldioxid och metan.

Den nyupptäckta stammen av arkéer har fått namnet Unidinarchaeota efter den kvinnliga vattenanden Undine och upptäcktes i prover med genetiskt material från havs-och sötvattenmiljöer. Analyser visade att de hör till en mycket varierad och fram tills nyligen helt okänd grupp kallad av arkéer kallad DPANN. I den här gruppen återfinns organismer med väldigt liten arvsmassa och begränsad förmåga att tillgodogöra sig näring. Det tyder på att de är beroende av andra mikroorganismer för kunna leva. Det stämmer väl med vad som setts hos de, än så länge få, exemplen på odlade DPANN-arkéer. Dessa klarar sig inte på egen hand utan är parasiter eller lever i symbios med andra organismer.

– Det ser ut som om Undinarchaeota saknar flera nedbrytande enzymer vilket tyder på att även de är beroende av olika nedbrytningsprodukter från än så länge okända partnerorganismer. Undinarchaeota ser emellertid ut att ha vissa nedbrytningsenzymer som saknas i några av de mest parasiterande DPANN-arkéerna. Och de kan kanske spara energi genom fermentering, säger Nina Dombrowski som är förstaförfattare till artikeln.
Samtidigt som DPANN-arkéerna först nyligen upptäckts blir det allt mer uppenbart att de finns i alla möjliga miljöer på jorden. Men fortfarande är inte mycket känt om deras evolutionära och ekologiska roll.

– På några sätt liknar vissa av DPANN-arkéerna virus och behöver en värdorganism, troligen andra arkéer eller bakterier, för sin överlevnad. Men till skillnad från virus vet vi för närvarande väldigt lite om DPANN-arkéer, hur de påverkar näringskedjor och hur de utvecklats. Vår studie ger ny inblick i DPANN-utvecklingen genom att visa att DPANN har utbytt många gener med sina värdar och har utvecklats parallellt med sina värdar över en lång evolutionär tidsperiod, säger Anja Spang som knuten till Uppsala universitet.

Kontakt:
Anja Spang, forskare vid institutionen för cell och molekylärbiologi
Tel: Tel: +31 (0)222 369 526, E-post: anja.spang@icm.uu.se

Studien har finansierats med stöd av Vetenskapsrådet och är ett samarbete mellan forskare från Royal Netherlands Institute for Sea Reseach, Uppsala universitet, Bristol University, University of Queensland och Australian National University.

Referens:
N. Dombrowski et al. (2020), Undinarchaeota illuminate DPANN phylogeny and the impact of gene transfer on archaeal evolution, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-020-17408-w