Archėjos – ypatingos mikroorganizmų pasaulio atstovės

Įdomu, kad didelė dalis šių mikroorganizmų – ekstremofilai. Tai reiškia, kad jie geba išgyventi ten, kur mes negalėtume. Jos gerai jaučiasi net 100 laipsnių Celsijaus temperatūroje, joms nereikia deguonies, o kai kurioms patinka radioaktyvi aplinka, kuri mums pražūtinga. Būtent tai leidžia manyti, kad jos arba jų sudedamosios dalys galėjo atkeliauti net iš kosmoso. Modeliai rodo, kad prieš keturis milijardus metų temperatūra mūsų planetos paviršiuje ir vandenynuose svyravo tarp 55 ir 80 laipsnių Celsijaus. O angliniuose meteorituose yra randama ir vandens, ir organinių molekulių. Būtent šie meteoritai, kaip manoma dabar, buvo pagrindiniai vandens tiekėjai Žemei, kartu su kometomis.

Archėjos mūsų planetoje aptinkamos karštosiose versmėse, geizeriuose, druskos ežeruose, naftos telkiniuose, tačiau gali gyventi ir įprastame dirvožemyje, pelkėje ir mūsų aplinkoje. Archėjų ypač gausu vandenynuose, o planktono archėjos gali būti viena gausiausių organizmų grupių planetoje. Vandenynuose archėjos gali sudaryti apie 20 proc. visų mikroorganizmų ląstelių. Nors kalbant apie žmogaus viduje ir ant jo odos gyvenančią mikrobų bendruomenę (mikrobiotą) dažniausiai galvojama apie bakterijas, tačiau apie 1,2 proc. žarnyno mikrobiomo gali sudaryti archėjos, kurios valdo įvairius gyvybės procesus. Metanogenai – archėjos, galinčios išskirti metaną gyvena žmogaus storojoje žarnoje, podanteno audiniuose, makšties mikrobiotoje. Vis daugėja mokslinių tyrimų, skirtų žmogaus archeomo – archėjų populiacijos, įeinančios į žmogaus mikrobiomo sudėtį ir jo vaidmens mūsų organizmuose, analizei. Kol kas žmogui pavojingų rūšių nenustatyta.

Didžiausi žinomi ekstremalai yra Methanopyrus kandleri, galinčios išgyventi 122 °C (aukščiausia žinoma temperatūra, kurioje gali išgyventi organizmas). Picrophilus torridus gali augti, kai aplinkos pH 0, o temperatūra 65 °C. Ši archėja išskirta iš sieros junginiais gausaus vulkaninio kraterio Japonijoje. 2003 metais mokslininkai Guaymo baseine (Kalifornijos įlanka), 2600 m. gylyje atrado archėją Thermococcus gammatolerans, kuri ne tik gyvena 55–95 °C temperatūroje, tačiau yra labiausiai γ spinduliuotei atsparus žinomus organizmas. Ji gali ištverti iki 30000 grėjų (Gy, spinduliuotės matavimo vnt.) dozę. Žmogų apšvitinus didesne nei 5 Gy spinduliuote, jis mirtų per dvi savaites.

Jau seniai norime suprasti kaip galėjo atrodyti pati pirmoji ląstelė Žemėje, arba kitaip sakant, mūsų visų ląstelinis protėvis. Pagaliau atsiranda viltis, kad tai gali pavykti, naudojant lyginamosios genomikos metodą.

Lyginamoji genomika iš esmės labai panaši į paleontologiją – žemėje rastų gyvūnų ar žmonių kaulų lyginimą, siekiant surasti panašumų ir taip susieti įvairias gyvybės formas. Įvertinti, kiek jos nutolusios laike viena nuo kitos. Kai paleontologai tiria, pavyzdžiui, stuburinių evoliuciją, jie tam naudoja galūnių fosilijas. Deda vieną prie kitos pagal panašumą. Taip šiais laikais elgiasi ir genetikai – tik jie lygina gyvų ar seniai išmirusių organizmų genus. Lyginamoji genomika – biologijos mokslo sritis, tirianti genetinės informacijos kilmę, jos evoliuciją, įvairovę ir funkcijas. Šie svarbūs duomenys slypi genomuose, pavieniuose genuose ar baltymų struktūrose.

Palyginus trijų gyvybės domenų: bakterijų, archėjų ir eukariotų genus paaiškėjo, kad šie individai kilo iš bendro protėvio, nes turi bendrų genų. Tie genai daugiausia dalyvauja baltymų sintezėje. Pavyzdžiui, jie įeina į ribosomų sudėtį. Tačiau bakterijų dauginimosi aparatas skiriasi nuo archėjų ir eukariotų. Archėjos ir bakterijos visada būna vienaląstės. Tuo tarpu eukariotų ląstelės yra šimtus ir net tūkstančius kartų didesnės už prokariotų. Jose saugoma daugiau DNR.

Tokie unikalūs archėjų sugebėjimai gali būti pritaikomi praktiškai. Jau yra pramonės produktų, kuriuos gamina ar kurių gamyboje naudojamos archėjos. Minėtieji metanogenai ne tik gali būti svarbi mūsų mikrobiomo dalis. Jie yra svarbiausia grandis gaminant biodujas (biometaną). Archėjos gali būti naudojamos siekiant sumažinti organinių junginių kiekį nuotekose. Jos skatina augalų augimą ir gali sintetinti naujus antibiotikus. Biotechnologijose jau daug metų sėkmingai pritaikomi archėjų baltymai – fermentai, kurie veikia aukštose temperatūrose ir organinių tirpiklių aplinkoje. Vienas geriausiai žinomų pavyzdžių, sukėlęs revoliuciją vystant molekulinės biologijos metodus – Pfu DNR polimerazė (iš archėjos Pyrococcus furiosus), jau gaminama bioreaktoriuose.

Deja, kadangi ekstremalams išgyventi reikia ekstremalių sąlygų, tik nedaug jų pavyksta išauginti laboratorijose. VU Gyvybės mokslų centro mokslininkai taip pat ieško būdų, kaip auginti, tirti, o ateityje ir pritaikyti šiuos unikalius mikroorganizmus ar jų fermentus.

Mokslo Festivalis „Erdvėlaivis Žemė“ ir Lietuvos mikrobiologų draugija kviečia rugsėjo 17 d. kartu minėti Tarptautinę mikroorganizmų dieną ir geriau pažinti mus supantį nematomą mikroorganizmų pasaulį. Visi renginiai nemokami, tačiau būtina registruotis adresu mokslofestivalis.eu.