Found in translation: CCA-adding enzymes reveal bacterialization of Asgard archaea prior to eukaryogenesis

द ग्रेट सेलुलर हीस्ट: कैसे प्राचीन सूक्ष्मजीवों ने दुश्मन से एक औज़ार चुराया

जीवन की कल्पना एक विशाल, प्राचीन पुस्तकालय के रूप में करें जहाँ हर जीवित प्राणी अपने निर्देश मैनुअल रखता है। दशकों तक, वैज्ञानिकों का मानना था कि ये पुस्तकालय पूरी तरह से अलग थे: "आर्किया" (प्राचीन, एककोशिकीय जीवों का एक समूह) अनुभाग में एक प्रकार के लाइब्रेरियन थे, जबकि "बैक्टीरिया" और "यूकेरिया" (जिसमें पौधे, जानवर और हम शामिल हैं) अनुखंडों में पूरी तरह से अलग, असंगत प्रकार के लाइब्रेरियन थे। सबसे बड़ा रहस्य यह था कि हम, जटिल यूकेरियोट्स, अपनी शुरुआत कैसे कर पाए। क्या हमें अपने उपकरण आर्किया से विरासत में मिले, या हमने बैक्टीरिया से कुछ चुराया?

इसे समझने के लिए, हमें हर कोशिका के भीतर एक छोटे, आवश्यक मशीन को देखने की आवश्यकता है जिसे CCA-एडिंग एंजाइम कहा जाता है। इस एंजाइम को एक विशेष 'ग्लू गन' (गोंद वाली बंदूक) के रूप में सोचें। इसका काम tRNA नामक एक आणविक स्ट्रैंड के अंत में एक विशिष्ट तीन-अक्षर वाला कोड (CCA) जोड़ना है। इस गोंद के बिना, कोशिका की फैक्ट्री प्रोटीन नहीं बना सकती, और जीवन रुक जाता है। लंबे समय तक, नियम सरल था: आर्किया "टाइप 1" ग्लू गन का उपयोग करते थे, और बैक्टीरिया/यूकेरियोट्स "टाइप 2" का उपयोग करते थे। बड़ा सवाल यह था: क्या सभी जटिल जीवन के पूर्वज (हम!) को सीधे एक बैक्टीरिया से टाइप 2 ग्लू गन मिली, या यह आर्किया के टाइप 1 से विकसित हुई थी? यह शोध पत्र यह पता लगाने के लिए कि क्या वह "ग्लू गन" वास्तव में एक चोरी किया गया उपकरण था जो अरबों वर्षों से आँखों के सामने छिपा हुआ था, प्राचीन DNA के धूल भरे अभिलेखागारों में गहराई तक जाता है।

प्लॉट ट्विस्ट: "आर्कियल" ग्लू गन वास्तव में एक बैक्टीरियल जासूस था

यह शोध पत्र, जिसका शीर्षक "CCA-adding enzymes reveal bacterialization of Asgard archaea prior to eukaryogenesis" है, एक लंबे समय से चली आ रही वैज्ञानिक धारणा को पलट देता है। लेखकों ने, जो जैव रसायनविदों और कंप्यूटर वैज्ञानिकों की एक टीम है, पाया कि "आर्किया" का वंशावली वृक्ष उतना शुद्ध नहीं है जितना हम सोचते थे। उन्होंने पाया कि कई प्राचीन आर्किया, विशेष रूप से असगार्ड आर्किया (जो मनुष्यों और अन्य जटिल जीवन के सबसे करीबी ज्ञात रिश्तेदार हैं), वास्तव में "टाइप 2" ग्लू गन ले जा रहे थे—वह प्रकार जिसे पहले केवल बैक्टीरिया और यूकेरियोट्स का माना जाता था।

बड़ी खोज
शोधकर्ताओं ने न केवल इन बैक्टीरियल-शैली के एंजाइमों को आर्कियल जीनोम में पाया; उन्होंने यह भी सिद्ध किया कि वे वास्तव में काम करते हैं। इन प्राचीन आर्किया से जीन लेकर और उन्हें लैब में टेस्ट करके, उन्होंने दिखाया कि "टाइप 2" एंजाइम पूरी तरह से कार्यात्मक थे। वास्तव में, इनमें से कुछ प्राचीन आर्किया में, मूल "टाइप 1" एंजाइम को पूरी तरह से बैक्टीरियल "टाइप 2" संस्करण द्वारा बदल दिया गया था। यह ऐसा है जैसे कि प्राचीन लाइब्रेरियनों के एक परिवार ने न केवल पड़ोसी इमारत से एक उपकरण उधार लिया, बल्कि अपना खुद का उपकरण फेंक दिया और केवल पड़ोसी के उपकरण का उपयोग करना शुरू कर दिया, और इसने पूरी तरह से काम किया।

"हेमडाल" कनेक्शन
यह अध्ययन असगार्ड आर्किया की एक विशिष्ट शाखा हेमडालआर्किया (Heimdallarchaeia) पर केंद्रित है। उन्होंने यहाँ एक दिलचस्प विभाजन पाया:

• एक समूह (जिसे जर्डआर्कियालेस - Gerdarchaeales कहा जाता है) अभी भी मूल "टाइप 1" आर्कियल ग्लू गन का उपयोग करता था।
• दूसरा समूह (जिसे होडआर्कियालेस - Hodarchaeales कहा जाता है) "टाइप 2" ग्लू गन पर स्विच हो गया था जो देखने में बाद के, अधिक आधुनिक प्रकार के बैक्टीरिया जैसा था।
• लेकिन सबसे महत्वपूर्ण समूह (जिसे हेमडालआर्कियासी - Heimdallarchaeaceae कहा जाता है) के पास एक "टाइप 2" ग्लू गन था जो एक बहुत ही प्राचीन, गहरी जड़ों वाले बैक्टीरिया समूह (विशेष रूप से बैक्टेरोइ़डोटा, क्लोरोबायोटा और रोडोथर्मोटा) से मेल खाता था।

द स्मोकिंग गन (पुख्ता सबूत)
यहाँ मुख्य बात यह है: इन प्राचीन हेमडालआर्किया में पाए गए "टाइप 2" ग्लू गन उन्हीं के "परिवार" के हैं जो शुरुआती ब्रांचिंग यूकेरियोट्स (पौधों, कवक और जानवरों के पूर्वज) में पाए जाते हैं। शोध पत्र सुझाव देता है कि बैक्टीरियल एंजाइम सीधे एक बैक्टीरिया से पहले मानव पूर्वज तक नहीं पहुँचा। इसके बजाय, यह एक प्राचीन बैक्टीरिया से एक प्राचीन आर्कियन (हेमडालआर्किया) में कूद गया, इससे पहले कि पहला यूकेरियोट अस्तित्व में आया हो। फिर उस आर्कियन ने इस "बैक्टीरियलाइज्ड" (बैक्टीरिया जैसा बना हुआ) उपकरण को अपने वंशजों को नीचे हस्तांतरित किया, जो अंततः हम बन गए।

यह "जीवन की कहानी" के लिए क्या मायने रखता है
यह खोज उस पुराने विचार को चुनौती देती है कि हमारी कोशिकाओं की मुख्य मशीनरी (जैसे कि हम प्रोटीन कैसे बनाते हैं) पूरी तरह से हमारे आर्कियल पूर्वजों से विरासत में मिली थी। इसके बजाय, यह सुझाव देता है कि "प्रोटो-यूकेरियोट" (सभी जटिल जीवन का पूर्वज) एक कुशल संग्रहकर्ता था। वह केवल एक बैक्टीरिया के माइटोकॉन्ड्रिया (कोशिका का पावर प्लांट) बनने का इंतज़ार नहीं कर रहा था; उसने अपने स्वयं के उपकरणों को बैक्टीरियल उपकरणों से बदलकर अपने आंतरिक सिस्टम को "बैक्टीरियलाइज" करना बहुत पहले ही शुरू कर दिया था।

लेखक इस बारे में काफी आश्वस्त हैं क्योंकि उन्होंने केवल DNA अनुक्रम को नहीं देखा; उन्होंने लैब में एंजाइम बनाए और उन्हें काम करते हुए देखा। उन्होंने एंजाइमों की वंशावली को ट्रैक करने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर मॉडल का भी उपयोग किया, जिससे पता चला कि हमारे पूर्वजों में बैक्टीरियल सिग्नल गहरा और प्राचीन है, जो संभवतः 2 अरब वर्ष से अधिक पुराना है।

उन्होंने क्या खारिज किया
यह शोध पत्र स्पष्ट रूप से इस विचार का खंडन करता है कि आर्किया में ये बैक्टीरियल एंजाइम केवल हालिया दुर्घटनाएं या संदूषण (contamination) हैं। उन्होंने यह सुनिश्चित करने के लिए अपने डेटा को सावधानीपूर्वक फ़िल्टर किया कि DNA आपस में मिला हुआ न हो। उन्होंने इस विचार को भी खारिज कर दिया कि इन विशिष्ट आर्किया में "टाइप 1" एंजाइम अभी भी मुख्य कार्यकर्ता था; जिस समूह में बैक्टीरियल एंजाइम था, उसमें मूल आर्कियल एंजाइम टूटा हुआ और बेकार था, जो साबित करता है कि बैक्टीरियल ने पूरी तरह से कब्जा कर लिया था।

निष्कर्ष
यह शोध पत्र सुझाव देता है कि हमारी कोशिकीय मशीनरी का "बैक्टीरियलाइजेशन" हमारी सोच से कहीं अधिक पहले हुआ था। जटिल जीवन का पूर्वज केवल एक बैक्टीरियल पावर प्लांट का उत्तराधिकारी नहीं था; उसने एक आर्कियन के रूप में रहते हुए ही प्रोटीन बनाने के लिए एक बैक्टीरियल टूल को अपना लिया था। यह प्राचीन जासूसी की एक कहानी है, जहाँ एक बैक्टीरियल जासूस ने सफलतापूर्वक आर्कियल मुख्यालय में घुसपैठ की, बॉस के उपकरणों को बदल दिया, और एक ऐसी विरासत छोड़ दी जो आज आपके शरीर की हर कोशिका में चल रही है।