Цианобактерии сыграли ключевую роль в истории Земли, наполнив атмосферу кислородом около 2,5 миллиарда лет назад. Это событие сделало возможным появление сложных форм жизни и развитие аэробных организмов. Сегодня цианобактерии продолжают участвовать в глобальных циклах углерода и азота, обитая в самых разных условиях – от горячих источников до арктических льдов и городских ландшафтов. Ученые из Института науки и технологий Австрии совместно с коллегами из Уругвая, Германии и Швейцарии обнаружили неожиданные изменения в механизмах жизнедеятельности этих организмов.
Исследователи сфокусировались на виде Anabaena, который служит моделью для изучения многоклеточных цианобактерий. Оказалось, что древняя белковая система, изначально предназначенная для разделения копий ДНК при делении клетки, в процессе эволюции сменила свою роль. Теперь она выполняет функции цитоскелета, определяя физическую структуру микроорганизмов. Результаты работы были представлены в научном журнале Science.
Ранее считалось, что система под названием ParMR отвечает исключительно за распределение плазмид – небольших молекул ДНК, несущих дополнительные гены. Однако у Anabaena эти белки переместились из мобильных элементов в основные хромосомы и радикально изменили принцип работы. Один из компонентов системы перестал связываться с генетическим материалом и начал крепиться к внутренним липидным мембранам клетки. Другой компонент стал формировать сеть филаментов непосредственно под мембраной, создавая подобие кортекса – белкового слоя, характерного для клеток более сложных организмов.
В ходе экспериментов биологи воссоздали эту систему вне живых клеток и проанализировали ее структуру с помощью криоэлектронной микроскопии. Выяснилось, что нити белков обладают динамической нестабильностью: они могут быстро расти и разрушаться с обоих концов. Подобное поведение напоминает работу микротрубочек в клетках высших органимов. Когда исследователи искусственно удалили эту систему из живых бактерий, клетки потеряли свою привычную прямоугольную форму, став округлыми и вздутыми. Это подтвердило, что основной задачей белков стало поддержание каркаса, а не управление наследственной информацией.
Авторы работы дали обновленной системе название CorMR. По их мнению, трансформация происходила поэтапно: сначала гены системы закрепились в хромосоме, затем изменились размеры и структура белков, после чего развилась способность связываться с клеточной мембраной. Этот процесс демонстрирует, как эволюция адаптирует старые биологические инструменты для решения новых задач, что способствовало развитию сложности и многоклеточности у бактерий.
