22/04/2024
- เราทราบกันดีว่า ไม่มียูแคริโอตชนิดใดตรึงแก๊สไนโตรเจน (N2) มาเป็นแอมโมเนีย (NH3) ได้ด้วยตัวเอง ยูแคริโอตบางชนิดจึงต้องอาศัยแบคทีเรียที่ตรึงแก๊สไนโตรเจนได้มาใช้ชีวิตร่วมกัน (symbiosis) อาทิ แบคทีเรียสกุล Rhizobium ในปมรากถั่ว, ไซยาโนแบคทีเรียสกุล Anabaena ในแหนแดง
- ล่าสุด นักวิจัยค้นพบออร์แกเนลล์ชนิดใหม่ที่ใช้ตรึงแก๊สไนโตรเจนในยูแคริโอต นามว่า “ไนโทรพลาสต์ (nitroplast)” โดยพบในสาหร่ายทะเลเซลล์เดียว Braarudosphaera bigelowii นักวิจัยระบุว่า แท้จริงแล้วออร์แกเนลล์ชนิดนี้มีต้นกำเนิดคล้ายกับไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ คือเกิดจากปรากฏการณ์ที่แบคทีเรียบางชนิดมาอาศัยอยู่ภายในเซลล์ยูแคริโอตที่เป็นโฮสต์ หรือที่เรียกว่า “primary endosymbiosis” จนสุดท้ายมันก็สูญสิ้นความเป็นแบคทีเรีย และวิวัฒนาการกลายมาเป็นออร์แกเนลล์ ไนโทรพลาสต์นับเป็นออร์แกเนลล์ลำดับที่ 4 ที่ถูกค้นพบว่ามีต้นกำเนิดแบบนี้ [รองจากไมโทคอนเดรีย คลอโรพลาสต์ และโครมาโทฟอร์ (chromatophore) ของอะมีบามีเปลือกสกุล Paulinella]
- ไนโทรพลาสต์มีต้นกำเนิดจากไซยาโนแบคทีเรีย ที่สูญเสียความสามารถในการสังเคราะห์ด้วยแสงไป โดยมีโค้ดเนมว่า UCYN-A หรือชื่อเต็มคือ Candidatus Atelocyanobacterium thalassa นักวิจัยคนแรกที่ค้นพบเจ้านี่คือคุณ Jonathan Zehr จาก University of California Santa Cruz (สหรัฐอเมริกา) เขาค้นพบมันในฐานะชิ้นส่วนดีเอ็นเอปริศนา ที่สกัดได้จากมหาสมุทรแปซิฟิกตั้งแต่ ค.ศ. 1998 และในขณะเดียวกัน สาหร่าย B. bigelowii ที่เป็นโฮสต์ก็เริ่มถูกนำมาเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการโดยคุณ Kyoko Hagino จาก Kochi University (ญี่ปุ่น) ซึ่งก็ต้องใช้เวลานานนับทศวรรษกว่าจะสำเร็จ จนกระทั่งนำมาสู่งานวิจัยสุดไฉไลในยุคปัจจุบัน
- ไนโทรพลาสต์สมควรถูกเรียกว่า “ออร์แกเนลล์” เพราะมันสิ้นสภาพความเป็นแบคทีเรียไปแล้วครับ นักวิจัยเผยว่า ไนโทรพลาสต์เข้ามาอาศัยในสาหร่ายโฮสต์ตั้งแต่พันล้านปีก่อน จนกระทั่งยีนในจีโนมของมันสูญหายไปหลายยีนในยุคปัจจุบัน เช่น ยีนเกี่ยวกับการสังเคราะห์กรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์ วิตามิน หรือโคแฟกเตอร์ของเอนไซม์ต่าง ๆ อย่างไรก็ดี สาหร่ายโฮสต์ B. bigelowii ก็ได้ผลิตโปรตีนกว่า 900 ชนิดเพื่อขนส่งเข้ามาสนับสนุนและสั่งการภายในไนโทรพลาสต์ โดยเฉพาะโปรตีนที่ช่วยอำนวยการตรึงแก๊สไนโตรเจน ช่วยป้องกันอนุมูลอิสระ รวมทั้งควบคุมนาฬิกาชีวภาพของไนโทรพลาสต์ นอกจากนี้ไนโทรพลาสต์ยังอยู่ใกล้ชิดกับไมโทคอนเดรีย ทำให้รับ ATP มาขับเคลื่อนการตรึงแก๊สไนโตรเจนได้โดยตรง และเท่านั้นยังไม่พอ ไนไทรพลาสต์ยังมีการแบ่งตัวที่สอดประสานกับการแบ่งเซลล์และออร์แกเนลล์อื่นของสาหร่ายโฮสต์ มีการแลกเปลี่ยนสาร รวมทั้งการขยายขนาดที่สอดสัมพันธ์กับสาหร่ายโฮสต์อย่างแนบแน่น
งานวิจัย:
Coale T et al. (2024) Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. Science 384: 217–222. https://doi.org/10.1126/science.adk1075
Cornejo-Castillo FM et al. (2024) Metabolic trade-offs constrain the cell size ratio in a nitrogen-fixing symbiosis. Cell 187: 1762–1768. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.02.016
แหล่งข่าวจากมหาวิทยาลัย: https://news.ucsc.edu/2024/04/nitrogen-fixing-organelle.html
#ไนโทรพลาสต์ #ออร์แกเนลล์ #นี่แหละชีวะ
