У диатомовых водорослей обнаружен животный цикл мочевины

Ученые обнаружили, что морские диатомеи — крошечные фитопланктонные организмы — обладают животным циклом мочевины, который позволяет им эффективно использовать углерод и азот из окружающей среды.

Исследователи из Института Крейга Вентера (JCVI) и других учреждений опубликовали результаты в журнале Nature.

Команда под руководством ведущего автора Эндрю Аллена (JCVI) и соавтора Криса Боулера (Институт биологии, Высшая нормальная школа, Париж) полагает, что этот цикл может быть причиной доминирования диатомей в морской среде, особенно после событий апвеллинга — подъема богатых питательными веществами вод с глубины на поверхность.

В ответ на апвеллинг диатомеи способны быстро восстанавливаться после длительных периодов дефицита питательных веществ и стремительно размножаться.

Диатомеи имеют уникальные клеточные стенки из диоксида кремния (SiO₂). Они являются ключевыми организмами для понимания здоровья морских экосистем и ответственны за значительную часть производства углерода и кислорода в океане. Фотосинтез диатомей также производит около одной пятой кислорода в атмосфере.

В предыдущей работе Аллен, Боулер и коллеги секвенировали геном первой пеннатной диатомеи Phaeodactylum tricornutum. На основе этого они исследовали эволюционную историю P. tricornutum и клеточные механизмы усвоения питательных веществ, что привело к открытию функционального цикла мочевины у диатомей.

Это стало ошеломляющим открытием, поскольку считалось, что цикл мочевины возник в метазойной (животной) ветви жизни. У животных он играет важную роль, например, в контроле минералов и солей в крови у акул и костистых рыб или в детоксикации аммиака у амфибий и млекопитающих.

Теперь Аллен и другие показали, что цикл мочевины возник за сотни миллионов лет до появления метазоа.

Команда использовала методы РНК-интерференции, чтобы частично "заглушить" ключевой фермент цикла мочевины у диатомей. Анализ метаболитов показал, что метаболиты цикла мочевины критически важны для клеточного рециклинга углерода и азота, а также для быстрого начала экспоненциального роста после голодания.

"Похоже, что животный цикл мочевины, критический для вывода клеточных отходов углерода и азота, был заимствован из древнего пути, который изначально эволюционировал как механизм рециклинга и восстановления азота и углерода", — говорит Эндрю Аллен.

Работа также предполагает, что диатомеи пошли по принципиально иному эволюционному пути, чем растения. Вероятно, до приобретения фотосинтетического аппарата предки диатомей были более тесно связаны с предками животных, чем с растениями. Эта родственность привела к наличию общих биохимических путей, таких как цикл мочевины.