Evolutionär genomiska undersökningar av parasitism och mitokondriell funktion i Metamonada

Tidsperiod:

1 januari 2019 – 31 december 2021

Projektledare:

Joran Martijn

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Bidrag för anställning eller stipendier

Budget:

3 150 000 SEK

Det finns tre domäner som kategoriserar alla levande organismer: bakterier, arkéer och eukaryoter. Bakterier och arkéer som är exklusivt encelliga organismer har relativt simpla cellstrukturer och representerar också överlägset mest diversitet. Som kontrast är eukaryoterna mycket mer komplexa och det finns många flercelliga organismer i denna grupp som djur, växter, svamp, och alger. Flera av dessa flercelliga organismer är arter vi dagligen kommer kontakt med i våra liv, men gömt för ögat finns de så kallade protisterna vilket är encelliga eukaryoter som utgör största delen av diversiteten i sin domän. Bland protisterna finns bland annat arter som de väldigt symmetriska kiselalgerna, bakteriefarmande amöbor och euglenider som kan utföra fotosyntes. Exempel på kända protistarter är Plasmodium falciparum, som ligger bakom orsaken till malaria och Paramecium, den toffelformade ciliaten som ofta används i samband med undervisning i biologi.I den här ansökan om forskningsanslag är mitt mål att studera fylat Metamonada, vilket är en grupp protister som trivs i miljöer där tillgången till syre är väldigt begränsad. Vissa metamonads är parasiter och exempel på syrefattiga miljöer som de lever i är tarmar och urinväger hos människor, djur och fisk. Dessa parasiter infekterar hundra miljontals personer årligen och orsakar därmed enorma ekonomiska skador till bland annat fiskodlingar. De mest välkända parasiten från denna grupp är Giardia intestinalis, som orsakar svåra problem med diarré, och Trichomonas vaginalis, som orsakar könssjukdomar. Den mindre kända arten Dientamoeba fragilis orsakar diarré och svåra magsmärtor har uppskattats infektera över halva befolkningen i utvecklingsländer.Metamonada har en speciell sorts mitokondrie som tillåter dem att anpassa sig till syrefattiga miljöer. Mitokondrier är nödvändiga komponenter i princip alla eukaryota celler där de har funktionen att ta tillvara på energin från föda genom att utgöra en viktig del av cellandningen. När det inte finns tillgång till syre kan inte mitokondrierna längre fungera och detta kan till slut leda till organismens död. Metamonads har evolverat på ett sådant sätt så de hanterar bristen på syre genom att ”omprogrammera” sina mitokondrier så att nya syre-oberoende processer kan ta tillvara på energin från deras föda. Den nyligen utvecklade förmågan att leva i syrefattiga miljöer tillät metamonads troligtvis att överleva i tarmar och urinvägar hos djur och där skedde sedan övergången till parasitism.Trots det medicinska och ekonomiska intresset för metamonads är fortfarande våra kunskaper begränsade om grundläggande evolutionära och biologiska frågor. Genomsekvenseringsprojekt har vart begränsade till Giardia, Trichomonas och två andra parasiter. Den här ansökan om forskningsanslag siktar på att bättre förstå det evolutionära steget då metamonads gick från frilevande organismer i syrerika miljöer till parasiter i syrefattiga miljöer och vilken roll deras mitokondrier spelade i denna process. Vi siktar på att generera genomdata för den första frilevande metamonad-arten och jämföra detta med icke frilevande släktingar. Vi har som mål att kunna beskriva hela evolutionära historian för alla nu kända metamonads och identifiera genetiska förändringar i deras mitokondrier som över tid har möjliggjort anpassningen till syrefattiga miljöer och övergången till parasitism. Kännedom om sådana genetiska förändringar som kan vara kopplade till parasitism kan potentiellt användas för utvecklingen av läkemedel för behandling av de sjukdomar som metamonads orsakar.