Bakterie v houbách poskytují vodítka k původu složitého života

Bakterie v houbách poskytují vodítka k původu složitého života

Vědcům se pomocí malé duté jehly a pumpy na kolo podařilo implantovat bakterie do větší buňky. Vzniká tak vztah podobný těm, které vedly evoluci složitého života.

Tento úspěch byl zveřejněn 2. října v časopise Nature 1, by mohla pomoci výzkumníkům porozumět původu partnerství, která před více než miliardou let vedla ke vzniku specializovaných organel, jako jsou mitochondrie a chloroplasty.

Endosymbiotické vztahy, ve kterých mikrobakteriální partner žije harmonicky v buňkách jiného organismu, se nacházejí v mnoha formách života, včetně hmyzu a hub. Vědci se domnívají, že mitochondrie – organely odpovědné za produkci energie v buňkách – vznikly, když bakterie našla útočiště u předka eukaryotických buněk. Chloroplasty se objevily, když předchůdce rostlin absorboval fotosyntetický mikroorganismus.

Určení faktorů, které utvářely a udržovaly tato spojení, je obtížné, protože k nim došlo tak dávno. Aby se tento problém vyhnul, tým vedený mikrobioložkou Julií Vorholtovou ze Švýcarského federálního technologického institutu v Curychu (ETH Zurich) v posledních letech vyvinul v laboratoři endosymbiotické vztahy. Jejich přístup využívá jehlu o šířce 500-1000 nanometrů k propíchnutí hostitelských buněk a následnému zavedení bakteriálních buněk jednu po druhé.

První pokusy však často selhaly; Jedním z důvodů bylo, že potenciální symbiont se příliš rychle rozdělil a zabil svého hostitele 2. Tým měl větší úspěch, když znovu vytvořil přirozenou symbiózu mezi některými kmeny houbového rostlinného patogenu Rhizopus microsporus a bakterií Mycetohabitans rhizoxinica, která produkuje toxin, který chrání houbu před predací.

Zavedení bakteriálních buněk do hub však bylo náročné, protože mají tlusté buněčné stěny, které udržují vysoký vnitřní tlak. Po propíchnutí stěny jehlou vědci použili pumpu na kolo – později kompresor – k udržení dostatečného tlaku k zavedení bakterií.

Po počátečním šoku z „operace“ houby pokračovaly ve svých životních cyklech a produkovaly spory, z nichž některé obsahovaly bakterie. Když tyto spory vyklíčily, bakterie byly přítomny i v buňkách další generace hub. To ukázalo, že nová endosymbióza může být přenesena na potomstvo - zásadní zjištění.

Úspěšnost klíčení spor obsahujících bakterie však byla nízká. Ve smíšené populaci spor (některé s bakteriemi a některé bez) spory obsahující bakterie zmizely po dvou generacích. Pro zlepšení vztahů použili vědci fluorescenční třídič buněk k výběru spór obsahujících bakterie - které byly označeny zářícím proteinem - a v budoucích kolech reprodukce propagovaly pouze tyto spory. Po deseti generacích vyklíčily spory obsahující bakterie téměř stejně efektivně jako spory bez bakterií.

Základ této úpravy není jasný. Sekvenování genomu identifikovalo některé mutace spojené se zlepšeným úspěchem klíčení u houby - kmene R. microsporus, o kterém není známo, že přenáší endosymbionty - a nenašlo žádné změny v bakteriích.

Zdá se, že linie, která nejúčinněji klíčila, omezuje počet bakterií v každé spórě, říká Gabriel Giger, spoluautor studie a mikrobiolog z ETH Zurich. "Existují způsoby, jak spolu mohou tito dva partneři žít lépe a snadněji. To je něco, co je pro nás velmi důležité pochopit."

O imunitním systému hub toho vědci zatím moc nevědí. Thomas Richards, evoluční biolog z Oxfordské univerzity ve Velké Británii, se však ptá, zda imunitní systém plísní brání symbióze - a zda by mutace v tomto systému mohly usnadnit vztahy. „Jsem velkým fanouškem této práce,“ dodává.

Eva Nowack, mikrobioložka z univerzity Heinricha Heineho v Düsseldorfu v Německu, byla překvapena, jak rychle se zdálo, že se objevují adaptace na symbiotický život. V budoucnu by ráda viděla, co se stane po ještě delších časových obdobích; například po více než 1000 generacích.

Rozvoj takových symbióz by mohl vést k vytvoření nových organismů s užitečnými vlastnostmi, jako je schopnost spotřebovávat oxid uhličitý nebo vzdušný dusík, říká Vorholt. "To je myšlenka: vytvořit nové vlastnosti, které organismus nemá a které by jinak bylo obtížné implementovat."

1. Giger, G.H. a kol. Příroda https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).

   Článek  
   
   Google Scholar  

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

   Článek  
   
   Google Scholar  

Stáhněte si reference