توفر البكتيريا الموجودة في الفطريات أدلة على أصول الحياة المعقدة

توفر البكتيريا الموجودة في الفطريات أدلة على أصول الحياة المعقدة

تمكن العلماء باستخدام إبرة مجوفة صغيرة ومضخة دراجة من زرع البكتيريا في خلية أكبر. وهذا يخلق علاقة مشابهة لتلك التي قادت تطور الحياة المعقدة.

تم نشر هذا الإنجاز في 2 أكتوبر في مجلة الطبيعة 1 يمكن أن يساعد الباحثين على فهم أصول الشراكات التي أدت إلى ظهور عضيات متخصصة مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء منذ أكثر من مليار سنة.

توجد العلاقات التكافلية الداخلية، التي يعيش فيها شريك البكتيريا الدقيقة بانسجام داخل خلايا كائن حي آخر، في العديد من أشكال الحياة، بما في ذلك الحشرات والفطريات. يعتقد العلماء أن الميتوكوندريا - العضيات المسؤولة عن إنتاج الطاقة في الخلايا - نشأت عندما وجدت بكتيريا ملجأ لها في سلف الخلايا حقيقية النواة. ظهرت البلاستيدات الخضراء عندما امتص أحد أسلاف النباتات الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي.

ومن الصعب تحديد العوامل التي شكلت هذه الروابط وحافظت عليها، لأنها حدثت منذ فترة طويلة. للتغلب على هذه المشكلة، قام فريق بقيادة عالمة الأحياء الدقيقة جوليا فورهولت في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيوريخ (ETH Zurich) بتطوير علاقات تكافلية داخلية في المختبر في السنوات الأخيرة. يستخدم أسلوبهم إبرة بعرض 500-1000 نانومتر لثقب الخلايا المضيفة ثم إدخال الخلايا البكتيرية واحدة تلو الأخرى.

ومع ذلك، فإن المحاولات الأولى غالبا ما تفشل؛ أحد أسباب ذلك هو أن المتكافل المحتمل انقسم بسرعة كبيرة وقتل مضيفه 2. حقق الفريق نجاحًا أكبر عندما أعادوا إنشاء تكافل طبيعي بين بعض سلالات مسببات الأمراض النباتية الفطرية Rhizopus microsporus والبكتيريا Mycetohabitans rhizoxinica، التي تنتج سمًا يحمي الفطر من الافتراس.

ومع ذلك، فإن إدخال الخلايا البكتيرية إلى الفطريات كان أمرًا صعبًا، لأنها تحتوي على جدران خلوية سميكة تحافظ على ضغط داخلي مرتفع. وبعد ثقب الجدار بالإبرة، استخدم الباحثون مضخة دراجة - ضاغطًا لاحقًا - للحفاظ على الضغط الكافي لإدخال البكتيريا.

وبعد الصدمة الأولية «للجراحة»، واصلت الفطريات دورات حياتها، منتجة أبواغًا، كان بعضها يحتوي على بكتيريا. عندما إنباتت هذه الجراثيم، كانت البكتيريا موجودة أيضًا في خلايا الجيل التالي من الفطريات. وأظهر هذا أن التعايش الداخلي الجديد يمكن أن ينتقل إلى النسل، وهو اكتشاف حاسم.

ومع ذلك، كان نجاح إنبات الجراثيم المحتوية على البكتيريا منخفضًا. في مجموعة مختلطة من الجراثيم (بعضها يحتوي على بكتيريا والبعض الآخر لا يحتوي عليها)، اختفت تلك التي تحتوي على البكتيريا بعد جيلين. لتحسين العلاقات، استخدم الباحثون فارز الخلايا الفلورسنت لاختيار جراثيم تحتوي على بكتيريا - والتي تم تمييزها ببروتين متوهج - وقاموا بنشر تلك الجراثيم فقط في جولات التكاثر المستقبلية. وبعد عشرة أجيال، إنبتت الجراثيم التي تحتوي على البكتيريا بكفاءة تقريبًا مثل تلك التي لا تحتوي على بكتيريا.

أساس هذا التعديل غير واضح. حدد تسلسل الجينوم بعض الطفرات المرتبطة بتحسين نجاح الإنبات في الفطريات - وهي سلالة من R. microsporus غير معروف أنها تحمل التعايش الداخلي - ولم يتم العثور على أي تغييرات في البكتيريا.

يبدو أن الخط الذي نبت بكفاءة أكبر يحد من عدد البكتيريا في كل بوغ، كما يقول غابرييل جيجر، المؤلف المشارك للدراسة وعالم الأحياء الدقيقة في ETH زيورخ. "هناك طرق يمكن من خلالها لهذين الشريكين أن يعيشا معًا بشكل أفضل وأسهل. وهذا شيء مهم جدًا بالنسبة لنا أن نفهمه."

لا يعرف الباحثون الكثير حتى الآن عن الجهاز المناعي للفطريات. لكن توماس ريتشاردز، عالم الأحياء التطوري في جامعة أكسفورد بالمملكة المتحدة، يتساءل عما إذا كان الجهاز المناعي الفطري يمنع التكافل، وما إذا كانت الطفرات في هذا النظام يمكن أن تسهل العلاقات. ويضيف: "أنا معجب كبير بهذا العمل".

تفاجأت إيفا نواك، عالمة الأحياء الدقيقة بجامعة هاينريش هاينه في دوسلدورف بألمانيا، بمدى سرعة ظهور التكيف مع الحياة التكافلية. في المستقبل، تود أن ترى ما سيحدث بعد فترات زمنية أطول؛ على سبيل المثال، بعد أكثر من 1000 جيل.

يقول فورهولت إن تطور مثل هذه التعايش يمكن أن يؤدي إلى خلق كائنات حية جديدة ذات خصائص مفيدة، مثل القدرة على استهلاك ثاني أكسيد الكربون أو النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي. "هذه هي الفكرة: خلق خصائص جديدة لا يمتلكها الكائن الحي والتي سيكون من الصعب تنفيذها لولا ذلك."

1. جيجر، ج. وآخرون. طبيعة https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).

   شرط  
   
   جوجل الباحث العلمي  

2. غابلين، C. G.، رايتر، M. A.، إرنست، C.، جيجر، G. H. & فورهولت، J. A. ACS Synth. بيول. 11، 3388–3396 (2022).

   شرط  
   
   جوجل الباحث العلمي  

تحميل المراجع