Nitroplast

V eukaryotickém světě dlouho známe pouze dvě organely endosymbiotického původu. První z nich jsou mitochondrie, jejichž vznik představoval jednu z klíčových událostí v evoluci eukaryot. K této endosymbiotické události došlo přibližně před 2 miliardami let. Asi o půl miliardy let později jeden z potomků této linie pohltil sinici, z níž se během evoluce vyvinul chloroplast.

Až na výjimku rodu Paulinella jde o jediné známé případy, kdy se z prokaryotního endosymbionta stala plně integrovaná organela eukaryotické buňky.

V roce 2024 vyšel v časopise Science článek, který tento pohled rozšířil o další organelu. Jde o organelu zajišťující fixaci atmosférického dusíku (N₂), která dostala jméno nitroplast. Na stopě nitroplastu byli vědci již od konce 90. let. Environmentální sekvenování mořské vody odhalilo, že téměř ve všech oceánech žije sinice fixující dusík (později pojmenovaná Atelocyanobacterium thalassa), jejíž genom však postrádal řadu genů nezbytných pro samostatný život.

Samotnou sinici se dlouhou dobu nedařilo lokalizovat. Teprve na konci 10. let 21. století byla v řase Braarudosphaera bigelowii objevena zvláštní struktura neznámé funkce. Další výzkum ukázal, že jde právě o zmíněnou sinici. Ta však prošla procesem typickým pro vznik organel – ztratila velkou část svého genomu a řada jejích genů byla přenesena do genomu hostitele prostřednictvím endosymbiotického přenosu genů (EGT, endosymbiotic gene transfer). V důsledku těchto změn již není schopna samostatného života a stala se organelou zcela závislou na hostitelské buňce. Její dělení je navíc synchronizováno s buněčným cyklem hostitele. Odhaduje se, že k této endosymbiotické události došlo přibližně před 100 miliony let.

Za jeden z nejdůležitějších znaků odlišujících organelu od pouhého endosymbionta je považován vznik mechanismu, který umožňuje import proteinů syntetizovaných hostitelskou buňkou. Tyto proteiny nesou specifické signální sekvence, podle nichž jsou transportovány do organely. Tento mechanismus je dobře známý u mitochondrií i chloroplastů a byl prokázán také u nitroplastu.

Je pozoruhodné, že Braarudosphaera bigelowii je prvním známým eukaryotickým organismem schopným diazotrofie díky vlastní organele. Schopnost biologické fixace atmosférického dusíku byla dosud považována za výlučnou vlastnost prokaryot.