S velikim zadovoljstvom predstavljamo potvrđenog gosta predavača na trećem SiSB-u:

Williama F. Martina

Profesor Martin bavi se istraživanjima u evolucijskoj biologiji i biokemiji. Bavi se istraživanjem evolucijske prošlosti kloroplasta, mitohondrija i hidrogenosoma. U njegovoj grupi raznim laboratorijskim eksperimentima i računalnim metodama pokušavaju spoznati postanak eukariota, ali i otići korak dalje, do samog izvora života. Objavio je preko 250 radova citiranih skoro 25 000 puta.

Više informacija o profesoru Martinu možete pronaći ovdje.

Sažetak predavanja profesora Martina

Fiziologija, anaerobni mitohondriji, endosimbioza i kompleksnost

Kloroplasti i mitohondriji zadržali su svoju prokariotsku biokemiju, međutim njihovi genomi umanjeni su te se većina njihovih proteina kodira jezgrinim genima. Endosimbiotska teorija tvrdi da su bakterijski geni ušli u eukariotske genome preko predaka današnjih organela. Predviđa sporadični unos prokariotskih gena u eukariotsku lozu, dok njihovo stjecanje vremenski odgovara endosimbiotskim događajima. Nasuprot tome, teorije horizontalnog prijenosa gena (eng. lateral gene transfer, LGT) koje se vode pravilom „ono si što jedeš” previđaju konstantan unos prokariotskih gena u eukariotske genome. Koristeći genomske podatke možemo razlikovati endosimbiotsku teoriju od teorije LGT. Grupiranjem i filogenetskom analizom svih eukariotskih genskih porodica koje imaju prokariotske homologe pokazali smo: 1) prijenos gena iz bakterija u eukariote sporadičan je i vremenski odgovara nastanku mitohondrija i kloroplasta 2) nasljeđivanje gena kod eukariota vertikalno je, a razlikovni gubitak uzrokuje prorijeđene genske distribucije, 3) kontinuirani horizontalni prijenos gena specifičan za pojedinu lozu ne doprinosi dugoročnoj evoluciji genskog sadržaja eukariotskih genoma. Nastanak eukariota bio je ujedno i nastanak vertikalnog nasljeđivanja, dok je spolno razmnožavanje bilo nužno za očuvanje vertikalne evolucije loza kako bi se početna loza eukariota sačuvala od Müllerovog sita. Kodirajući sljedovi u eukariotskim genomima koji kodiraju za proteine homologne 70 % ili više prokariotskim proteinima najčešće su artefakti. Samo podrijetlo mitohondrija bila je ključna tema koja je pokrenula rasprave o problemima vezanim uz simbiozu u području stanične biologije. Rješenja tih problema istaknute su osobine koje razlikuju eukariote od prokariota: jezgrina ovojnica, energetski povoljna polimerizacija proteina u citosolu te stanični ciklus, uključujući redukcijsku diobu i recipročnu rekombinaciju (spolno razmnožavanje). Čak i sustav unutarnjih membrana u eukariota potječe od mitohondrija; preko vezikula vanjske membrane (eng. outer membrane vesicles, OMV) koje su nastale u pretku mitohondrija, unutar citosola arhealnog domaćina. Zarobljeni u citosolu domaćina, OMV-ovi su se spontano nakupljali fuzionirajući međusobno ili s plazma-membranom domaćina. Ovim procesima nastaju vezikule mitohondrijskog podrijetla koje se sastoje od bakterijskih lipida. Sustav tih vezikula, koje odlaze prema površini stanice, sparen je s domaćinovim predačkim putem kotranslacijskog umetanja proteina u membranu. Time je stvoren praiskonski, sekretorni endoplazmatski retikul, temelj sustava unutarnjih membrana eukariota. Fiziološki gledano, eukarioti kao grupa manje su raznoliki nego vrste roda Rhodobacter međusobno, a ključni razlog tome je endosimbioza. Gledano sa stajališta stanične biologije, eukarioti su u temelju različiti od prokariota, a osnovni razlog tome su mitohondriji.

Gould SB i sur. (2016) Bacterial vesicle secretion and the evolutionary origin of the eukaryotic endomembrane system. Trends Microbiol. 24:525–534 (2016).

Ku C, Martin WF (2016) A natural barrier to lateral gene transfer from prokaryotes to eukaryotes revealed from genomes: The 70% rule. BMC Biology. 14:89 (2016).

Garg S Martin WF (2016) Mitochondria, the cell cycle and the origin of sex via a syncytial eukaryote common ancestor. Genome Biol. Evol. 8:1950–1970 (2016).

Ku C i sur. (2015) Endosymbiotic origin and differential loss of eukaryotic genes. Nature 524:427–432.

Martin WF, Garg S, Zimorski V (2015) Endosymbiotic theory for eukaryote origin. Phil Trans Roy Soc Lond B 370: 20140330 (2015).

Müller M i sur. (2012) Biochemistry and evolution of anaerobic energy metabolism in eukaryotes. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 76:444–495.

Lane N, Martin W (2010) The energetics of genome complexity. Nature 467:929–934.