Ameba, która lubi wrzątek. Nowy rekord odporności

Przez lata uważano, że eukarionty nie znoszą wysokich temperatur. Powyżej 60°C ich białka zaczynają się rozpadać, a komórki tracą zdolność do podziałów. Dlatego dotychczasowe rekordy odporności należały do kilku gatunków grzybów i czerwonych alg. Temperatury naprawdę ekstremalne - na poziomie wrzątku i powyżej - kojarzono wyłącznie z bakteriami i archeonami.

Teraz wiemy, że granica była ustawiona za nisko. Zespół badaczy z Syracuse University oraz współpracujących instytucji opisał nową amebę, Incendiamoeba cascadensis, która potrafi nie tylko przetrwać, ale i aktywnie funkcjonować w temperaturach uznawanych dotąd za zbyt wysokie dla komórek eukariotycznych. "Musimy na nowo przemyśleć to, co uważaliśmy za możliwe dla komórki eukariotycznej" - mówi mikrobiolożka Angela Oliverio, współautorka badań opublikowanych w preprincie.

Nowy gatunek wyizolowano z ciepłego potoku w Lassen Volcanic National Park w północnej Kalifornii. Choć okolica znana jest z bulgoczących, kwaśnych źródeł i fumaroli, woda, z której pobrano próbki, wcale nie wyglądała jak miejsce skrajnie ekstremalne. Miała neutralne pH i temperaturę około 60-65°C.

Po kilkunastu dniach hodowli w laboratorium w próbkach pojawiły się ruchliwe ameby. Badacze szybko zauważyli, że najlepiej rosną w temperaturach około 55-57°C, a poniżej 42°C ich rozwój całkowicie ustaje. Taki zakres wzrostu wskazuje, że Incendiamoeba cascadensis jest przystosowana do stałego życia w gorącej wodzie, a nie jedynie odporna na okazjonalny stres cieplny.

Ameba potrafi też zmieniać kształt, od wydłużonego, "robakowatego", do klasycznej formy z licznymi pseudopodiami. W wysokiej temperaturze porusza się sprawnie i często przełącza między tymi dwoma trybami, jakby dopasowywała się do szybko zmieniających się warunków.

Największe zaskoczenie przyniosły jednak eksperymenty prowadzone w najwyższych temperaturach.Incendiamoeba cascadensis aktywnie dzieliła się w 63°C, co ustanawia nowy rekord dla eukariontów.

Aby upewnić się, że chodzi o pełnoprawną mitozę a nie jedynie ślady aktywności metabolicznej, naukowcy użyli techniki mikroskopowej pozwalającej szczegółowo uwidocznić struktury odpowiedzialne za podział. Na obrazach wyraźnie widać wrzeciona podziałowe oraz rozchodzące się nici DNA, co potwierdza, że proces przebiega prawidłowo nawet w tak wysokiej temperaturze.

Jeszcze wyższe temperatury również nie kończyły życia komórki. Przy 64°C organizmy wciąż się poruszały, a w 70°C przechodziły w formę przetrwalnikową, z której mogły "obudzić się" po schłodzeniu.

Sekret jej odporności ujawniono dzięki analizie genomu i białek. Incendiamoeba cascadensis produkuje rozbudowany zestaw białek, które stabilizują inne cząsteczki w wysokich temperaturach i pomagają im zachować prawidłową strukturę. Posiada także liczne mechanizmy kontrolujące stan DNA i reagujące na uszkodzenia pojawiające się podczas stresu cieplnego.

Zespół badawczy porównał przewidywaną stabilność termiczną białek tej ameby z białkami blisko spokrewnionych organizmów żyjących w chłodniejszych środowiskach. Różnica była wyraźna: białka I. cascadensis wytrzymywały wyższe temperatury, miały bardziej korzystne ładunki powierzchniowe i wolniej traciły strukturę.

"Ta ameba robi coś, czego nie sądziliśmy, że eukarionty są zdolne" - komentuje Julia Van Etten z University of Maryland, niezwiązana z badaniami. To nie tylko ciekawostka. Odkrycie sugeruje, że skrajnie gorące środowiska, takie, które wcześniej uznawano za zbyt nieprzyjazne dla komórek z jądrem, mogą kryć większą różnorodność organizmów, niż przypuszczano.

To także ważna wskazówka dla astrobiologii. Jeśli eukarionty mogą funkcjonować i dzielić się w temperaturach tak bliskich wrzątku, zakres warunków, w których mogłoby istnieć życie na innych planetach i księżycach, staje się znacznie szerszy.