Бактериите в гъбите предоставят улики за произхода на сложния живот

Бактериите в гъбите предоставят улики за произхода на сложния живот

Учените, използвайки малка куха игла и помпа за велосипед, успяха да имплантират бактерии в по-голяма клетка. Това създава връзка, подобна на тази, която движи еволюцията на сложния живот.

Това постижение, публикувано на 2 октомври в списание Nature 1, може да помогне на изследователите да разберат произхода на партньорствата, довели до появата на специализирани органели като митохондрии и хлоропласти преди повече от милиард години.

Ендосимбиотичните взаимоотношения, при които микробактериален партньор живее хармонично в клетките на друг организъм, се срещат в множество форми на живот, включително насекоми и гъби. Учените смятат, че митохондриите - органелите, отговорни за производството на енергия в клетките - са възникнали, когато бактерия е намерила убежище в предшественик на еукариотни клетки. Хлоропластите се появяват, когато прародител на растенията абсорбира фотосинтетичен микроорганизъм.

Определянето на факторите, които са формирали и поддържали тези връзки, е трудно, тъй като те са възникнали толкова отдавна. За да преодолее този проблем, екип, ръководен от микробиолога Джулия Ворхолт от Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих (ETH Zurich), разработи ендосимбиотични взаимоотношения в лабораторията през последните години. Техният подход използва игла с широчина 500-1000 нанометра за пробиване на гостоприемни клетки и след това въвеждане на бактериални клетки една по една.

Първите опити обаче често се провалят; една от причините за това беше, че потенциалният симбиот се раздели твърде бързо и уби гостоприемника си 2. Екипът имаше по-голям успех, когато пресъздадоха естествена симбиоза между някои щамове на гъбичния растителен патоген Rhizopus microsporus и бактерията Mycetohabitans rhizoxinica, която произвежда токсин, който предпазва гъбата от хищничество.

Въпреки това, въвеждането на бактериални клетки в гъбичките беше предизвикателство, тъй като те имат дебели клетъчни стени, които поддържат високо вътрешно налягане. След като пробиха стената с иглата, изследователите използваха велосипедна помпа - по-късно компресор - за да поддържат достатъчно налягане за въвеждане на бактериите.

След първоначалния шок от „операцията“ гъбичките продължиха жизнените си цикли, произвеждайки спори, някои от които съдържаха бактерии. Когато тези спори покълнат, бактериите присъстват и в клетките на следващото поколение гъбички. Това показа, че новата ендосимбиоза може да бъде прехвърлена на потомството - решаващо откритие.

Успехът на покълване на спорите, съдържащи бактерии обаче, е нисък. В смесена популация от спори (някои с бактерии и други без), тези, съдържащи бактерии, изчезнаха след две поколения. За да подобрят връзките, изследователите са използвали флуоресцентен сортировач на клетки, за да изберат спори, съдържащи бактерии - които са били маркирани със светещ протеин - и са размножили само тези спори в бъдещи кръгове на възпроизвеждане. След десет поколения спорите, съдържащи бактерии, покълват почти толкова ефективно, колкото тези без бактерии.

Основанието за тази корекция не е ясно. Секвенирането на генома идентифицира някои мутации, свързани с подобрен успех на покълване в гъбата - щам на R. microsporus, за който не е известно, че носи ендосимбионти - и не откри промени в бактериите.

Линията, която покълва най-ефективно, изглежда ограничава броя на бактериите във всяка спора, казва Габриел Гигер, съавтор на изследването и микробиолог в ETH Zurich. "Има начини, по които тези двама партньори могат да живеят заедно по-добре и по-лесно. Това е нещо, което е много важно за нас да разберем."

Изследователите все още не знаят много за имунната система на гъбичките. Но Томас Ричардс, еволюционен биолог от Оксфордския университет, Обединеното кралство, се чуди дали имунната система на гъбичките предотвратява симбиозата - и дали мутациите в тази система могат да улеснят взаимоотношенията. „Аз съм голям фен на тази работа“, добавя той.

Ева Новак, микробиолог от университета "Хайнрих Хайне" в Дюселдорф, Германия, беше изненадана колко бързо се появяват адаптациите към симбиотичния живот. В бъдеще тя би искала да види какво ще се случи след още по-дълги периоди от време; например след повече от 1000 поколения.

Развитието на такива симбиози може да доведе до създаването на нови организми с полезни свойства, като способността да консумират въглероден диоксид или атмосферен азот, казва Ворхолт. „Това е идеята: да се създадат нови свойства, които организмът няма и които иначе биха били трудни за прилагане.“

1. Гигер, Г.Х. et al. Природа https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).

   статия  
   
   Google Наука  

2. Gäbelein, C.G., Reiter, M.A., Ernst, C., Giger, G.H. & Vorholt, J.A. ACS Synth. Biol. 11, 3388–3396 (2022).

   статия  
   
   Google Наука  

Изтегляне на препратки