Vagyok, mint minden ember: eukarióta

Egy archaea és egy baktérium utódja

2019.12.09.
Vagyok, mint minden ember: eukarióta
Hogy megtudjuk, honnan származunk, az élet ősi történelmébe kell bepillantanunk. Szöllősi Gergely, az ELTE Természettudományi Kar fizikusának és Tom Williams, a Bristoli Egyetem munkatársának közös kutatása megerősítette, hogy az élővilág nem három, hanem csak két nagy doménre osztható: az archaeákra és a baktériumokra.

Az élet kialakulása óta az evolúció történetének talán legnagyobb eseménye az eukarióta sejt kialakulása, ugyanis a növényektől az állatokig a szemmel látható komplex többsejtű élőlények mind, egy már sejtmaggal rendelkező, ősi eukarióta leszármazottai. Ahhoz, hogy megértsük azt az evolúciós ugrást, ami az ősi eukariótához vezetett, tudnunk kell, hogy pontosan ki kinek a rokona. Szöllősi Gergely, az ELTE fizikusa és kutatótársai elhatározták, hogy megpróbálják feltárni a legősibb sejtek eredetét. Tudományos áttörésnek minősülő cikkük a Nature Ecology & Evolution folyóiratban 2019. december 9-én jelent meg, amely az eddigieknél pontosabb megoldást kínál az első sejtmaggal rendelkező élőlények, az eukarióták eredetére.

A kétdoménes elmélet törzsfája

A tankönyvek Carl Woese 1970-es évekbeli úttörő munkája nyomán - néhány tucat létfontosságú gén evolúciós története alapján - 3 fő csoportra (doménre) osztják az élőlényeket:

  • eukarióták (sejtmaggal rendelkező élőlények, minden komplex többsejtű a zöldmoszatoktól a kék bálnákig)
  • baktériumok (sejtmag nélküli élőlények páratlanul sokféle csoportja, a kórokozóktól a joghurt élőflórájáig)
  • archaeák (sejtmag nélküli élőlények másik csoportja, jellemzően extrém környezetben élnek, folyamatosan forrásban lévő vulkanikus tavaktól a Holt-tengerig)

Egy másik elmélet szerint - amiről eddig ritkán olvashattunk tankönyvekben - csak két domén létezik, mivel

az eukarióták valójában az archaeákból fejlődtek ki.

Szöllősi Gergely és kutatótársai egyrészt a hagyományos pár tucat génből álló adatokat elemezték újra az evolúciós folyamatok komplexitását jobban megragadó kifinomult statisztikai modellekkel, másrészt kiterjesztették vizsgálataikat a ma már rendelkezésre álló több, mint 3000 génre. Az eredmények egybehangzóan a tankönyveket átíró második elméletet támogatták: az eukarióták az archaeákból fejlődtek ki. Az analízisek abban is egyetértettek, hogy ősi felmenőinket a közelmúltban tengerfenéki hévforrásokban felfedezett ún. Asgard archaeak között találjuk. Az elemzések azt mutatják, hogy egy ősi Asgard archaea gazdasejt fogadott be egy baktériumot, a ma minden eukarióta sejt parányi erőműveként működő mitokodrium ősét, és együtt alakították ki a biológiai komplexitás ma ismert sokszínűségét.

„Az volt a cél, hogy többféle adathalmazt elemezzünk, illetve az adatok komplexitását jobban reprodukáló elemzési módszereket használjunk. Az eredményeink szerint egyértelműen két domén van– mondja Szöllősi Gergely, az ELTE TTK Fizikai Intézet Biológiai Fizikai Tanszékének adjunktusa.

Az első eukarióták egy Asgard archaea gazdasejt és egy baktérium egyesülésével jöhettek létre.

Ez egy olyan jelentőségteljes esemény volt, amely alapvetően alakította át a Földön lévő élet evolúciós pályáját.

Az eukarióta eredetével kapcsolatos kutatások még messze nem fejeződtek be. Azzal azonban, hogy Szöllősi Gergely és kutatótársai tisztázták, hogy az eukarióták egy archaea gazdasejt leszármazottai, nagy lépést tettünk afelé, hogy megértsük, hogyan alakult ki az első eukarióta sejt és a komplex többsejtű élőlények mai sokszínűsége, köztük mi magunk is.

ELTE-s kutatócsoport a nemzetközi élvonalban

Szöllősi Gergely János az MTA-ELTE Lendület Evolúciós Genomika Kutatócsoportjának vezetője 2016-ban nyerte el az Európai Kutatási Tanács (ERC) Starting Grant támogatását, és kutatócsoportját az ELTE Fizikai Intézetében alapította meg. 

„A kutatócsoport nemzetközi szinten is élvonalbelinek számít, vezető lapokban publikáljuk az eredményeinket. A munkában diákok, doktoranduszok és posztdoktorok is részt vesznek, itthonról és külföldről is. Szívesen fogadjuk a diákokat, érdekes projektekben vehetnek részt, amelyekben lehetőségük van bekerülni a nemzetközi vérkeringésbe is. Már a mesterszakon el lehet érni olyan eredményeket, amelyekkel hazai és külföldi doktori iskolákba is sikerrel pályázhatnak. Általában is igaz, hogy az ELTE számos kutatócsoportja jó útlevelet ad a tudományos világba” – mondja Szöllősi Gergely.

Az ELTE fizikusai a Bristoli Egyetem és a Lyoni Egyetem kutatóival működnek együtt evolúciógenetikai kutatásokban. Az ELTE-n egy

nagy teljesítményű, több mint ezer CPU-maggal rendelkező számítógépet üzemeltetnek,

így a csoport hazai részlege főleg a modellépítésen és az adatelemzésen dolgozik, a paleobiológiai centrum pedig Bristolban van.

Szöllősi Gergely és kollégáinak fő kutatási területe olyan modellek kidolgozása, amelyekkel az egyre több adat egyre hatékonyabban elemezhető. Ennek alapjait még ELTE-s diákként rakta le. „Egyetemistaként Debrecenből az ELTE-re jöttem, mert itt van a legerősebb elméleti fizikai képzés. Később az egyetemi évek során olyan biológiai kérdésekkel találkoztam, amelyekre a választ matematikai modelleken keresztül közelítettük meg. Ráadásul akkortájt vált egyre olcsóbbá a DNS-szekvenálás, ami rengeteg új adatot és ezáltal új kérdést jelentett. Emiatt máig vadnyugatszerű, izgalmas, felfedező érzés evolúcióbiológiával foglalkozni” – mondta korábban egy interjúban.

Szöllősi Gergely 2009-ben, Derényi Imre professzor diákjaként szerezte doktori címét fizikai tudományokból az ELTE Természettudományi Karának Fizika Doktori Iskolájában. 2009-2013 között Lyonban folytatta kutatásait posztdoktori kutatóként, majd Marie Curie ösztöndíjasként.
2013-ban tért haza az ELTE TTK Biológia Fizika Tanszékére Derényi Imre Lendület csoportjába. 2016 óta az MTA-ELTE Lendület Evolúciós Genomika Kutatócsoportjának vezetője.
2017 júliusától az ERC Starting Grant pályázatának köszönhetően öt év alatt 1,45 millió eurós támogatást használhat fel.

További kutatások

  • Genomszintű adatelemzési modell– amely a génduplikációkat vagy génvesztéseket is figyelembe veszi – PNAS
  • Új genetikai módszer a molekuláris óra kalibrálására: a horizontális géntranszfer vizsgálata - Nature Ecology & Evolution 

Borítókép

A kétdoménes elmélet ábra forrása: MTA