寻找第一个细菌


最后一个细菌的共同祖先,LBCA的代谢网络。小圆圈是代谢物或化合物;钻石是化学反应。箭头表示化合物在反应之间的流动。网络的三大功能模块以大区的形式突出显示。感谢HHU / Joana Xavier较大的图像

大约五年前,研究所所长威廉(比尔)马丁博士和他的团队介绍了所有生物的最后一个普遍共同祖先,并将其命名为“卢卡”。大约38亿年前,它生活在深海热液喷口。

现在,杜塞尔多夫的进化生物学家已经描述了另一个名为“LBCA”(“最后的细菌共同祖先”)的古代细胞。它是当今最大的所有生物体域名的祖先:细菌。在通信生物学中,他们报告了他们的新研究方法,导致了LBCA生物化学的成功预测及其系统发育联系。

细菌几乎和生命本身一样古老。大约35亿年前,LBCA生活在与LUCA相似的环境中。为了解开LBCA的遗传密码、特性和故事,研究小组检查了1089种厌氧菌或无氧生存的细菌的基因组。第一作者Joana C. Xavier博士解释说:“放弃有氧生物对我们的研究是有意义的。”“如果细菌起源于地球缺氧时期,考虑到物种充满了由氧气引起的适应,研究它们的起源就没有意义了。”

通过垂直基因转移,从父母转移到后代的遗传密码更高的寿命。结果,基因组提供了有关系统发育史的信息。但细菌是另一种基因转移形式的主体,即横向基因转移(LGT)。这使得细菌以不同的菌株交换遗传信息。这对重建LBCA基因组进行了重大挑战,因为它使传统的系统发育方法不能在细菌进化树中推断出来。

出于这个原因,杜塞尔多夫的研究人员将生物化网络与成千上万的单独树木一起使用过。他们调查了1,089个厌氧基因组,并确定了在所有细菌中保守的146个蛋白质家族。这些蛋白质构成了几乎完全的核心代谢网络。

为了完成LBCA的生物化学,必须为重建的代谢网络添加九种进一步基因以包括所有必要和普遍的代谢物。为了完全独立和自我生成,LBCA的网络仍然需要从环境中最后一个普遍的普通祖先,卢卡和环境中养成的进一步基因。

掌握了LBCA的代谢网络之后,作者使用统计方法来确定现代细菌群中哪一种与LBCA最相似。他们使用的方法称为偏差最小的祖先,疯了,之前开发的合著者之一,费尔南多·d·k .恐怖主义风险保险法案:“细菌的分析显示,最早的分支有分歧是最类似于现代梭状芽胞杆菌,紧随其后的是Deltaproteobacteria,放线菌和一些Aquifex的成员。通常,这些基团具有碳固定和/或能量代谢的乙酰辅酶a途径。”

威廉·马丁教授,该研究的高级作者解释说:“这是古亚洲和细菌中唯一存在的碳固定途径,并且追溯到卢卡。这个结果独立获得,也符合我们最近的发现水热风官生命的起源和早期演变。“

“我们可以自信地说,LBCA最有可能是棒状的”,泽维尔说。“如果它类似于梭菌,则LBCA可能能够孢子。”泽维尔说,最近被其他研究人员置于其他研究人员的假设“并且与我们的结果高度兼容”。形成孢子将使早期细胞存活早期地球的荒凉环境。

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作者进一步进一步确定侧向基因转移是否在LBCA的时代发挥作用。费尔南多D. K. Tria解释说:“LBCA基因比平均细菌基因更垂直,这表明它们非常古老。”

原始出版物

Xavier,J.C.,Gerhards,R.E.,Wimmer,J.L.E.等等。,最后一个细菌共同祖先的代谢网络,Commbiol 4,413(2021)。DOI:10.1038 / S42003-021-01918-4

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