Науковці виявили живий організм, що перебуває між вірусом та клітиною, у водах океану.

У темряві вод, що омивають японське узбережжя, дослідники виявили неочікуване – істоту, яка суперечить усім відомим принципам біології. Під час аналізу ДНК маленького морського планктону команда на чолі з Рьо Харадою з Університету Далхаузі натрапила на незвичайний фрагмент генетичного коду. Цей елемент не мав жодного схожого аналога в їхніх попередніх дослідженнях. Виявилось, що це незвичайний мікроорганізм, який перебуває на межі між вірусами та клітинним життям.

У своєму новому дослідженні вчені описують Candidatus Sukunaarchaeum mirabile. Назва походить від Сукуна -- міфологічного японського божества малого зросту, та mirabile, що означає "дивовижний" латиною. "Ця надзвичайна спеціалізація кидає виклик нашому фундаментальному розумінню мінімальних вимог для клітинного життя", -- написали дослідники.

Щоб зрозуміти, чому цей мікроскопічний організм викликав таке захоплення в науковій спільноті, варто звернути увагу на його генетичний код. Геном Sukunaarchaeum, з розміром всього 238 тисяч пар основ, є найменшим серед усіх відомих архей. Це менше ніж половина обсягу геному, який раніше вважався найменшим. Для порівняння, деякі віруси мають значно більше генетичного матеріалу. Однак, на відміну від вірусів, які повністю використовують механізми своїх господарів, Sukunaarchaeum має в своєму арсеналі деякі власні засоби для реплікації.

"Його геном значно спрощений, позбавлений майже всіх відомих метаболічних шляхів, і в основному кодує механізми для функціонування реплікативного ядра: процесів реплікації ДНК, транскрипції та трансляції", -- зазначили дослідники у своїй статті. У цього організму присутні гени, що відповідають за рибосоми, тРНК та мРНК. Ці елементи становлять основу життя — інструменти, які клітини використовують для читання своїх геномів і синтезу білків. У вірусів таких компонентів немає, проте ця архея їх має.

Це робить його еволюційним парадоксом -- організмом, який може реплікувати свій генетичний код, але в іншому майже повністю залежить від свого господаря. Він не виробляє власну їжу і не сприяє виживанню свого господаря, на відміну від симбіотичних бактерій, які обмінюються поживними речовинами. Sukunaarchaeum, здається, просто подорожує разом.

Відкриття тисне на крихкий паркан, який наука побудувала навколо того, що визначає життя. Віруси зазвичай виключаються з категорії, оскільки вони не можуть розмножуватися або здійснювати метаболізм самостійно. Клітини, з іншого боку, можуть. Sukunaarchaeum робить якраз достатньо, щоб потрапити серед клітин, але ледь-ледь. Він може представляти найближчу клітинну сутність, виявлену на сьогодні, яка наближається до вірусної стратегії існування.

Його геном фокусує свою увагу на одній ключовій задачі — реплікації. Серед 189 генів, що відповідають за синтез білків, більше половини займаються процесами читання та копіювання ДНК. Практично жоден із них не виконує інших біологічних функцій. Як зазначають науковці, це "життєздатна клітина, що, здається, зведена до основи свого реплікативного призначення".

Це не є тим, що виконують навіть найменші симбіотичні бактерії. Наприклад, Carsonella ruddii, яка мешкає у сокососущих комах, має надзвичайно малий геном. Проте навіть вона має гени, відповідальні за синтез енергії та амінокислот. Sukunaarchaeum ж не виконує цієї функції.

Навіть його походження є загадкою. Філогенетичні дерева розміщують Sukunaarchaeum як "глибоко розгалужений" член домену Архея -- домену, який включає екстремофілів і дав початок еукаріотам, групі, що включає рослини, гриби та тварин. Але він не належить до жодного відомого типу.

В залежності від обраної обчислювальної моделі, цей організм може мати найбільше спільного з загадковими Nanobdellati або, можливо, з Halobacteriota. Обидві ці групи характеризуються невеликими геномами та швидкою еволюційною динамікою. Проте філогенетичні дерева не демонструють одностайності, а статистичні дані щодо точного місця розташування виявляються недостатньо переконливими.

Це може бути лінія сама по собі. Гілка на дереві життя, яку він займає, настільки довга і настільки ізольована, що може представляти повністю нову основну групу архей.

Команда виявила Sukunaarchaeum, занурившись глибоко в генетичний суп морської планктонної клітини під назвою Citharistes regius. Клітина походила з вод біля Шімоди, Японія, і була частиною дослідження мікроскопічної спільноти, яку вона приймає.

Серед звичайних підозрюваних, таких як ціанобактерії та протеобактерії, був таємничий геном. Пізніше виявилося, що це повне коло ДНК від Sukunaarchaeum.

Для того щоб підтвердити, що це не просто випадковість, вчені звернулися до міжнародного проекту Tara Oceans, що займається вивченням мікробного життя в океанах. У рамках цього дослідження вони також виявили генетичні сліди Sukunaarchaeum, але лише в тих зразках, які були пов'язані із більшими одноклітинними еукаріотами.

Це свідчить про те, що Sukunaarchaeum та його родичі живуть на або всередині більших планктонних господарів. Малоймовірно, що вони вільно плавають в океані. Але що вони роблять зі своїми господарями -- друг, ворог чи нахлібник -- залишається відкритим питанням.

Це не перший раз, коли вчені знаходять організм, який порушує правила. Протягом останніх двох десятиліть нові методи метагеноміки виявили парад раніше невідомих мікробів. Деякі з них -- як архея DPANN або бактерії Candidate Phyla Radiation -- вже змусили біологів перемалювати мікробне дерево життя.

Проте Sukunaarchaeum є унікальним. Він, мов би, балансує на межі існування та вірусу. Його життя ледве відчутне. Він здатен до реплікації, проте не виконує багато інших функцій. Хоча він несе в собі клітинну архітектуру, його поведінка нагадує вірус. Це підкреслює тривожну ідею: можливо, межа між життям і нежиттям не є чітким розривом, а радше безперервним спектром.

"Відкриття Sukunaarchaeum штовхає звичайні межі клітинного життя", -- заключила команда, -- "і підкреслює величезну недосліджену біологічну новизну в межах мікробних взаємодій".

Під час того, як науковці продовжують вивчати невидимі мережі мікробного життя — у клітинах, в океанах і в ґрунті під нашими ногами — організми на кшталт Sukunaarchaeum нагадують нам, що живий світ є значно більш загадковим, ніж ми могли б собі уявити.

Дослідження було опубліковано на сервері препринтів bioRxiv.