Амёба, которая пробила температурный потолок⁠⁠

Недавно я уже писала про микроорганизмы, живущие буквально в кипящей кислоте, щёлочи и прочих негостеприимных местах нашей планеты.

Но то были бактерии и археи, и для них такое поведение, конечно, необычно, но уже давно известно. А вот у ядерных организмов (эукариот), долгое время существовал непробиваемый температурный потолок в 60°C.

Но не так давно в горячих источниках Калифорнии нашли амёбу, которая уверенно отодвинула этот предел. Итак, сегодня наша героиня - Incendiamoeba cascadensis, или «огненная амёба Каскадных гор».

Исследователи собирали образцы из геотермальных ручьёв в Lassen Volcanic National Park, где температура воды доходила примерно до 65°C. И в 14 из 20 исследованных точек обнаружили одну и ту же необычную амёбу. Оптимальная температура для её роста оказалась около 55-57°C, но оказалось, что она в принципе любит погорячее и не растёт при температурах ниже 42°C.

И, поскольку 55 градусов амеб не испугали, исследователи продолжили их мучить изучать дальше и начали постепенно повышать температуру.
При 63°C амёбы продолжали размножаться, при 64°C они всё ещё двигались, а отдельные клетки сохраняли активность даже при 66°C.

При 70°C размножения уже не было, но после пяти минут такого нагрева часть клеток смогла восстановиться. Летальной же оказалась температура 80°C - при ней все клетки погибали.

Почему эукариоты так не любят жару?

Думаю, тут у читателя возникает резонный вопрос: а почему есть бактерии и археи, выдерживающие 100 градусов, а вот ядерных организмов - нет?

Главные жертвы высокой температуры в любой клетке - мембраны и белки. Мембраны становятся слишком текучими, нарушается проницаемость клетки, а белкам всё сложнее сохранять правильную структуру и функционировать должным образом.

Ещё в 1970-х появилась гипотеза, что слабым местом эукариот могут быть мембраны органелл. Эукариотической клетке недостаточно поддерживать одну внешнюю мембрану: внутри неё есть митохондрии, ядро, эндоплазматический ретикулум и целая система других мембранных структур, которых нет у прокариот. Предполагалось, что при очень высокой температуре становится особенно сложно сделать все эти мембраны одновременно стабильными и функциональными.

Но за полвека окончательного подтверждения эта идея так и не получила.

Совсем недавно появилась гипотеза так называемых внутренне неупорядоченных белков. Это белки без жёсткой пространственной структуры и у них нет одной фиксированной формы, а есть гибкие, "разболтанные" участки, которые как раз и позволяют клетке собирать временные структуры и быстро их перестраивать. У эукариот таких белков намного больше, чем у бактерий и архей, и они играют куда более важную роль в управлении клеткой, а структура таких белков удерживается менее прочными связями, которые легче разрушаются при высокой температуре.

Вообще, гипотеза про белки кажется довольно логичной. У эукариот на белках держится и транспорт, и движение клетки, а сама белковая сеть на порядок сложнее, чем у бактерий и архей. Чем больше движущихся частей - тем больше шансов, что где-то что-то сломается при перегреве. Хотя вряд ли всё дело в одной конкретной детали, которая рушится ровно при 60°C, и скорее это сумма сразу нескольких ограничений.

И что тогда такого особенного в огненной амёбе?

В любой непонятной ситуации - секвенируй геном, подумали учёные и отсеквенировали геном найденной амёбы. Оказалось, что значительную часть своих эволюционных усилий Incendiamoeba, похоже, действительно вложила именно в поддержание белков в рабочем состоянии.

У неё расширены семейства генов, связанных с протеостазом - системой контроля за правильным сворачиванием, состоянием и утилизацией белков. Особенно выделяются малые белки теплового шока HSP20 и другие молекулярные шапероны. При перегреве такие белки помогают другим белкам не потерять структуру и не слипнуться в бесполезные агрегаты.

Но дело не только в «ремонтной бригаде». Сами белки Incendiamoeba тоже оказались необычными. Белков с предсказанной температурой плавления выше 60°C у неё оказалось примерно в пять раз больше, чем у ближайшего родственника, не способного жить при такой высокой температуре. Кроме того, поверхность её белков отличается по аминокислотному составу.

А ещё у амёбы усилены системы клеточной сигнализации, ответа на окислительный стресс и поддержания стабильности генома. Получается не одна волшебная мутация, превратившая обычную амёбу в экстремофила, а целый набор перестроек.

При этом важно отметить, что Incendiamoeba не просто терпит горячий источник, пока не представится возможность уползти куда-нибудь попрохладнее. Это её вполне комфортная ниша.

Там она охотится на термофильных бактерий, а температура, смертельная для большинства других эукариот, заодно избавляет её от значительной части конкурентов и хищников. В общем, живет свою лучшую жизнь, чего и вам желаю.

Ну и заходите за порцией "полезного" скроллинга.