В 2012 году ученые выяснили, что морские водоросли Braarudosphaera bigelowii тесно взаимодействуют с бактерией под названием UCYN-A. Предполагалось, что она жила внутри или на клетках этих водорослей. Исследователи выдвинули гипотезу, что UCYN-A преобразует газообразный азот в соединения, которые водоросли используют для роста, такие как аммиак. Взамен бактерии получали бы углеродный источник энергии из водорослей.

Но в новом исследовании биологи пришли к выводу, что UCYN-A следует классифицировать как органеллы внутри водорослей, а не как отдельный организм. Согласно генетическому анализу предыдущего исследования, предки водорослей и бактерий вступили в симбиотические отношения около 100 млн лет назад. В конце концов, бактерия эволюционировала в нитропластную органеллу, которая сейчас наблюдается у водорослей B. bigelowii.

Исследователи используют два критерия, чтобы решить, стала ли бактериальная клетка органеллой в клетке-хозяине. Во-первых, рассматриваемая клеточная структура должна передаваться из поколения в поколение клетки-хозяина. Во-вторых, структура должна зависеть от белков, производимых клеткой-хозяином, а не от собственных генов.

Изучив десятки клеток водорослей на разных стадиях клеточного деления, команда обнаружила, что нитропласт делится на две части непосредственно перед тем, как делится вся клетка водоросли. Таким образом, один нитропласт передается от родительской клетки к ее потомству, как это происходит с другими клеточными структурами. Далее ученые выяснили, что нитропласт получает необходимые для роста белки из более крупной клетки водоросли. Сам же нитропласт, занимающий более 8% объема клетки-хозяина, не имеет генов, кодирующих белки, необходимые для фотосинтеза и синтеза ДНК. Получается, нитропласт соответствует обоим критериям органеллы.

Понимание того, как нитропласт взаимодействует с клеткой-хозяином, может помочь в разработке культур, способных фиксировать собственный азот. Потребность в азотных удобрениях снизится, а значит, сократится ущерб окружающей среде, который они наносят.

Специалист по симбиотическим бактериям из Университета имени Генриха Гейне Ева Новак, считает, что нехватка азота — один из главных факторов, ограничивающих урожайность сельскохозяйственных культур. Появление азотфиксирующей органеллы в растениях стало бы революционным прорывом, но его реализация сопряжена с серьезными трудностями. Необходимо будет создать растительные клетки, содержащие генетический материал нитропластов, и при этом обеспечить стабильную передачу этих генов из поколения в поколение, что является непростой задачей.