Till Tom Santangelo, encelliga mikroorganismer som kallas archaea är som gamla sjömän, överlever bland de mest extrema förhållandena på jorden, inklusive vulkaniska ventiler i djuphavet.

Forskaren vid Colorado State University studerar hur dessa härdiga mikrober - som utgör en av tre överlevande livsområden - uttrycker sina gener, producera sin energi, och trivs i hett, ljuslösa miljöer.

Det visar sig, vi är inte så olika - biokemiskt, i alla fall - från archaea trots allt.

Santangelo, docent vid Institutionen för biokemi och molekylärbiologi, var i ett team som hittade slående paralleller mellan hur arkaeala celler och mer komplexa celler, inklusive människor och djur, förpacka och lagra sitt genetiska material. Genombrottstudien, publicerad i Science tidigare i år, gett bevis på att arkeiska och eukaryota celler delar en gemensam mekanism för att komprimera, organisera och strukturera sina genomer.

Studien leddes av Karolin Luger, nu strukturbiolog vid University of Colorado Boulder. De flesta av resultaten som rapporterades i Science slutfördes medan Luger var CSU -fakultetsmedlem, från 1999 till 2015.

DNA, histoner, nukleosomer, kromatin

Lite biologiöversyn från gymnasiet:Eukaryoter är celler med en kärna och membranbundna organeller, och de inkluderar svamp, växter och djur - inklusive människoceller. De skiljer sig från sina mindre komplexa motsvarigheter, prokaryoter, genom frånvaro av en kärna. Medan archaea och bakterier båda är prokaryoter, de är bara fjärran släkt. Archaea är de troliga föregångarna till eukaryoter och delar många av samma proteiner som styr genuttryck.

En av livets mest grundläggande processer - mekaniken genom vilken DNA böjer sig, veckas och pressas ihop till en cellkärna - är vanligt i alla eukaryoter, från mikroskopiska protister till växter till människor.

Packad inuti kärnan i varje eukaryot cell är flera meter genetiskt material som komprimeras på ett mycket specifikt sätt. Små delar av DNA lindas in, som tråd runt en spole, ungefär två gånger runt åtta små proteiner som kallas histoner. Hela detta DNA-histonkomplex kallas en nukleosom, och en sträng av komprimerade nukleosomer kallas kromatin. 1997, Luger och kollegor rapporterade först den exakta strukturen för eukaryota nukleosomer via röntgenkristallografi.

'Gnarly' kristallografi

Science paper -medarbetaren John Reeve hade upptäckt på 1990 -talet att histonproteiner inte var begränsade till eukaryoter, men hittades också i kärnfria archaea-celler. Reeves och Luger inledde ett samarbete för att kristallisera histonbaserat arkeiskt kromatin och jämföra den strukturen med eukaryot kromatin.

Efter år av stopp och start och problem med att växa tillförlitliga archaeal histonkristaller - Luger kallade det ett "gnarly kristallografiskt problem" - lyckades forskarna lösa strukturen för archeal kromatin, avslöjar dess strukturella likhet med eukaryoter.

"Biologiskt meningsfull" struktur

I data, det arkaeala DNA verkade bildas långt, kurvig, upprepande superhelices. Forskarna var inte säkra på om strukturen var verklig, eller en artefakt av experimentet. Det var där Santagelos team på CSU gav nyckelkompetens.

"Min grupp antog utmaningen att avgöra om strukturen som löstes i kristallerna representerade en biologiskt meningsfull struktur, " han sa.

Santangelos team gjorde varianter av de archaeala histonerna och testade hur cellerna klarade sig, som de störde DNA -superhelixen. De fann att ju mer de destabiliserade strukturen, desto sjukare blev cellerna. Deras ansträngningar betonade fördelarna med den struktur som Lugers grupp hade bestämt.

Att vara en del av ett team som gav en så grundläggande insikt som härkomst till våra celler var bland de mest givande stunderna i Santangelos karriär.

"Tidningens största inverkan, Jag tror, är att tanken på att komprimera DNA i dessa strukturer är en mycket gammal idé - förmodligen mer än 1 miljard år gammal, "Sa Santangelo." Histonproteiner kom på plats, och när de väl kom in och började förpacka genomer, de gjorde sig i stort sett oumbärliga för de celler som kodade dem. "

Santangelo kommer att fortsätta med studier av strukturen, funktion och energitransaktioner av archaea - de gamla sjömännen som nu definitivt representerar en förfäderns prototyp av mänsklig cellulär aktivitet.