Seentes leiduvad bakterid annavad vihjeid keerulise elu päritolu kohta

Seentes leiduvad bakterid annavad vihjeid keerulise elu päritolu kohta

Teadlastel, kes kasutavad pisikest õõnsat nõela ja jalgrattapumpa, on õnnestunud implanteerida bakterid suuremasse rakku. See loob suhte, mis sarnaneb nendega, mis ajendasid keerulise elu arengut.

See saavutus avaldati 2. oktoobril ajakirjas Nature 1, võib aidata teadlastel mõista partnerluste päritolu, mis viisid spetsialiseeritud organellide, näiteks mitokondrite ja kloroplastide tekkeni enam kui miljard aastat tagasi.

Endosümbiootilisi suhteid, kus mikrobakterite partner elab harmooniliselt teise organismi rakkudes, leidub paljudes eluvormides, sealhulgas putukates ja seentes. Teadlased usuvad, et mitokondrid – rakkudes energiatootmise eest vastutavad organellid – tekkisid siis, kui bakter leidis varjupaiga eukarüootsete rakkude esivanemas. Kloroplastid tekkisid siis, kui taimede esivanem neelas fotosünteetilist mikroorganismi.

Neid ühendusi moodustanud ja säilitanud tegurite kindlaksmääramine on keeruline, kuna need tekkisid nii kaua aega tagasi. Selle probleemi lahendamiseks on Šveitsi Zürichi Föderaalse Tehnoloogiainstituudi (ETH Zurich) mikrobioloogi Julia Vorholti juhitud meeskond viimastel aastatel laboris välja töötanud endosümbiootilised suhted. Nende lähenemisviis kasutab 500–1000 nanomeetri laiust nõela peremeesrakkude läbitorkamiseks ja seejärel bakterirakkude sisestamiseks ükshaaval.

Esimesed katsed aga sageli ebaõnnestusid; üks põhjus oli see, et potentsiaalne sümbioot jagunes liiga kiiresti ja tappis oma peremehe 2. Meeskonnal oli suurem edu, kui nad taastasid loodusliku sümbioosi mõnede seente patogeeni Rhizopus microsporus tüvede ja bakteri Mycetohabitans rhizoxinica vahel, mis toodab toksiini, mis kaitseb seeni röövloomade eest.

Bakterirakkude viimine seentesse oli aga keeruline, kuna neil on paksud rakuseinad, mis hoiavad kõrget siserõhku. Pärast nõelaga seina läbistamist kasutasid teadlased jalgrattapumpa – hiljem kompressorit –, et säilitada piisav rõhk bakterite sissetoomiseks.

Pärast operatsiooni esialgset šokki jätkasid seened oma elutsüklit, tekitades eoseid, millest mõned sisaldasid baktereid. Kui need eosed idanesid, olid bakterid olemas ka järgmise põlvkonna seente rakkudes. See näitas, et uus endosümbioos võib järglastele üle kanda – see on ülioluline leid.

Baktereid sisaldavate eoste idanemise edukus oli aga madal. Eoste segapopulatsioonis (mõned bakteritega ja mõned ilma) kadusid baktereid sisaldavad eosed kahe põlvkonna pärast. Suhete parandamiseks kasutasid teadlased fluorestseeruvat rakusortijat, et valida baktereid sisaldavaid eoseid, mis olid märgistatud hõõguva valguga, ja paljundasid ainult neid eoseid tulevastes paljunemisvoorudes. Pärast kümmet põlvkonda idanesid baktereid sisaldavad eosed peaaegu sama tõhusalt kui ilma bakteriteta eosed.

Selle kohandamise alus ei ole selge. Genoomi sekveneerimine tuvastas mõned mutatsioonid, mis on seotud paranenud idanemise eduga seenel – R. microsporus tüvel, mis teadaolevalt ei kandnud endosümbionte – ja bakterites muutusi ei leitud.

Kõige tõhusamalt idanev liin näis piiravat bakterite arvu igas eoses, ütleb Gabriel Giger, uuringu kaasautor ja ETH Zürichi mikrobioloog. "On viise, kuidas need kaks partnerit saavad paremini ja kergemini koos elada. See on midagi, mida me mõistame."

Teadlased ei tea seente immuunsüsteemist veel palju. Kuid Thomas Richards, Ühendkuningriigi Oxfordi ülikooli evolutsioonibioloog, mõtleb, kas seente immuunsüsteem takistab sümbioosi ja kas mutatsioonid selles süsteemis võivad suhteid hõlbustada. "Ma olen selle töö suur fänn," lisab ta.

Saksamaa Düsseldorfi Heinrich Heine ülikooli mikrobioloog Eva Nowack oli üllatunud, kui kiiresti näis sümbiootilise eluga kohanemine tekkivat. Tulevikus tahaks ta näha, mis juhtub veelgi pikema aja pärast; näiteks enam kui 1000 põlvkonna järel.

Vorholti sõnul võib selliste sümbiooside väljatöötamine viia uute organismide tekkeni, millel on kasulikud omadused, näiteks võime tarbida süsihappegaasi või õhulämmastikku. "See on idee: luua uusi omadusi, mida organismil pole ja mida muidu oleks raske rakendada."

1. Giger, G.H. et al. Loodus https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).

   Artikkel  
   
   Google Scholar  

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

   Artikkel  
   
   Google Scholar  

Laadige alla viited