Suche
Mein Konto
Bakterier i svampe giver fingerpeg om oprindelsen af komplekst liv
Forskere implanterer bakterier i svampe for at tyde oprindelsen af komplekst liv og skabe nye symbioser.
Bakterier i svampe giver fingerpeg om oprindelsen af komplekst liv
Forskere ved hjælp af en lille hul nål og en cykelpumpe har formået at implantere bakterier i en større celle. Dette skaber et forhold, der ligner dem, der drev udviklingen af det komplekse liv.
Denne præstation blev offentliggjort 2. oktober i tidsskriftet Nature 1, kunne hjælpe forskere med at forstå oprindelsen af partnerskaber, der førte til fremkomsten af specialiserede organeller såsom mitokondrier og kloroplaster for mere end en milliard år siden.
Endosymbiotiske forhold, hvor en mikrobakteriel partner lever harmonisk i en anden organismes celler, findes i adskillige livsformer, herunder insekter og svampe. Forskere mener, at mitokondrier - de organeller, der er ansvarlige for energiproduktion i celler - opstod, da en bakterie fandt tilflugt i en forfader til eukaryote celler. Kloroplaster opstod, da en forfader til planter absorberede en fotosyntetisk mikroorganisme.
Det er svært at bestemme de faktorer, der dannede og vedligeholdt disse forbindelser, fordi de fandt sted for så længe siden. For at omgå dette problem har et hold ledet af mikrobiolog Julia Vorholt ved det schweiziske føderale teknologiske institut i Zürich (ETH Zürich) udviklet endosymbiotiske forhold i laboratoriet i de seneste år. Deres tilgang bruger en 500-1000 nanometer bred nål til at punktere værtsceller og derefter introducere bakterieceller én ad gangen.
De første forsøg mislykkedes dog ofte; en grund til dette var, at den potentielle symbiot delte sig for hurtigt og dræbte sin vært 2. Holdet havde større succes, da de genskabte en naturlig symbiose mellem nogle stammer af svampeplantepatogenet Rhizopus microsporus og bakterien Mycetohabitans rhizoxinica, som producerer et toksin, der beskytter svampen mod prædation.
Det var imidlertid en udfordring at indføre bakterieceller i svampene, fordi de har tykke cellevægge, der opretholder et højt indre tryk. Efter at have gennemboret væggen med nålen, brugte forskerne en cykelpumpe - senere en kompressor - til at opretholde nok tryk til at introducere bakterierne.
Efter det første chok af "kirurgien" fortsatte svampene deres livscyklus og producerede sporer, hvoraf nogle indeholdt bakterier. Når disse sporer spirede, var bakterier også til stede i cellerne i den næste generation af svampe. Dette viste, at den nye endosymbiose kunne overføres til afkommet – et afgørende fund.
Spiringssuccesen for de bakterieholdige sporer var dog lav. I en blandet population af sporer (nogle med bakterier og nogle uden), forsvandt de, der indeholdt bakterier, efter to generationer. For at forbedre forholdet brugte forskerne en fluorescerende cellesorteringsmaskine til at udvælge sporer indeholdende bakterier - som var blevet mærket med et glødende protein - og forplantede kun disse sporer i fremtidige reproduktionsrunder. Efter ti generationer spirede sporerne med bakterier næsten lige så effektivt som dem uden bakterier.
Grundlaget for denne justering er ikke klart. Genom sekventering identificerede nogle mutationer forbundet med forbedret spiringssucces i svampen - en stamme af R. microsporus, der ikke er kendt for at bære endosymbionts - og fandt ingen ændringer i bakterierne.
Den linje, der spirede mest effektivt, så ud til at begrænse antallet af bakterier i hver spore, siger Gabriel Giger, medforfatter af undersøgelsen og mikrobiolog ved ETH Zürich. "Der er måder, hvorpå disse to partnere kan leve sammen bedre og lettere. Det er noget, som er meget vigtigt for os at forstå."
Forskere ved endnu ikke meget om svampenes immunsystem. Men Thomas Richards, en evolutionær biolog ved University of Oxford, Storbritannien, spekulerer på, om et svampeimmunsystem forhindrer symbiose – og om mutationer i dette system kan lette relationerne. "Jeg er en stor fan af dette arbejde," tilføjer han.
Eva Nowack, en mikrobiolog ved Heinrich Heine University Düsseldorf, Tyskland, var overrasket over, hvor hurtigt tilpasninger til symbiotisk liv syntes at dukke op. I fremtiden vil hun gerne se, hvad der sker efter endnu længere perioder; for eksempel efter mere end 1.000 generationer.
Udviklingen af sådanne symbioser kan føre til skabelsen af nye organismer med nyttige egenskaber, såsom evnen til at forbruge kuldioxid eller atmosfærisk nitrogen, siger Vorholt. "Det er ideen: at skabe nye egenskaber, som en organisme ikke har, og som ellers ville være svære at implementere."
-
Giger, G.H. et al. Natur https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).
-
Gäbelein, C. G., Reiter, M. A., Ernst, C., Giger, G. H. & Vorholt, J. A. ACS Synth. Biol. 11, 3388-3396 (2022).