Anaerobic fungi - cellular adaptations for environment without oxygen and anaerobic peroxisomes

Abstract

The anaerobic fungus Neocallimastix lanati, belonging to the phylum Neocallimastigomycota, plays a crucial role in the degradation of plant biomass within the digestive tracts of herbivorous animals. As obligate anaerobes, these fungi have evolved unique metabolic strategies to thrive in oxygen-deficient environments. One such strategy involves the transformation of mitochondria into hydrogenosomes, organelles that produce hydrogen as a byproduct of anaerobic energy metabolism. Peroxisomes, multifunctional organelles typically found in all major groups of aerobic eukaryotes, were previously thought to be absent in anaerobic eukaryotes due to their critical role in oxygen metabolism. However, recently anaerobic peroxisomes have been found in Archamoebae, which lack canonical functions of aerobic peroxisomes. Moreover, genes coding for several peroxisomal marker proteins were found in genomes of anaerobic fungi of the Neocallimastigomycota group. This raises intriguing questions about the presence and functions of these organelles in anaerobic fungi. In this study, we provide evidence that N. lanati indeed possesses anaerobic peroxisomes. These peroxisomes retain a complete set of peroxins required for their biogenesis and maintenance. Despite the absence of oxygen, they contain enzymes for...

Anaerobní houba Neocallimastix lanati, patřící do kmene Neocallimastigomycota, hraje klíčovou roli při rozkladu rostlinné biomasy v trávicím traktu býložravců. Jakožto obligátní anaerobové si tyto houby vyvinuly unikátní metabolické adaptace pro přežití v prostředí bez kyslíku. Jednou z těchto adaptací je přítomnost hydrogenosomů, což jsou modifikované mitochondrie produkující vodík jako vedlejší produkt anaerobního energetického metabolismu. Peroxisomy jsou multifunkční organely, které se vyskytují u většiny aerobních eukaryot, zatímco se předpokládalo, že anaerobní eukaryota tyto organely nemají vzhledem k zásadní roli kyslíku v peroxisomálním metabolismu. Nicméně nedávno byly u archaméb objeveny anaerobní peroxisomy, které postrádají klasické funkce aerobních peroxisomů. Analýza genomů anaerobních hub skupiny Neocallimastigomycota překvapivě ukázala na přítomnost genů kodující některé peroxiny, což naznačilo že peroxisomy by mohly být přítomné i u těchto organismů. V této studii jsme ukázali, že N. lanati skutečně obsahuje anaerobní peroxisomy. Tyto peroxisomy mají zachovanou kompletní sadu peroxinů nezbytných pro jejich biogenezi a funkci. Přestože v daném prostředí chybí kyslík, v proteomu N. lanati byly identifikovány enzymy β-oxidace mastných kyselin. Peroxisomy N. lanati vykazují výraznou...