Bakterije u gljivama daju tragove za podrijetlo složenog života

Bakterije u gljivama daju tragove za podrijetlo složenog života

Znanstvenici su pomoću sićušne šuplje igle i pumpe za bicikl uspjeli usaditi bakterije u veću stanicu. To stvara odnos sličan onima koji su pokretali evoluciju složenog života.

Ovo postignuće, objavljeno je 2. listopada u časopisu Nature 1, mogao bi pomoći istraživačima da razumiju porijeklo partnerstava koja su dovela do pojave specijaliziranih organela kao što su mitohondriji i kloroplasti prije više od milijardu godina.

Endosimbiotski odnosi, u kojima mikrobakterijski partner skladno živi unutar stanica drugog organizma, nalaze se u brojnim oblicima života, uključujući insekte i gljive. Znanstvenici vjeruju da su mitohondriji - organele odgovorne za proizvodnju energije u stanicama - nastali kada je bakterija pronašla utočište u pretku eukariotskih stanica. Kloroplasti su se pojavili kada je predak biljaka apsorbirao fotosintetski mikroorganizam.

Teško je utvrditi čimbenike koji su formirali i održavali te veze jer su se dogodile tako davno. Kako bi riješio ovaj problem, tim predvođen mikrobiologom Juliom Vorholt sa Švicarskog saveznog instituta za tehnologiju u Zürichu (ETH Zurich) razvio je endosimbiotske odnose u laboratoriju posljednjih godina. Njihov pristup koristi iglu širine 500-1000 nanometara za bušenje stanica domaćina i zatim uvođenje bakterijskih stanica jednu po jednu.

Međutim, prvi pokušaji su često bili neuspješni; jedan od razloga za to bio je taj što se potencijalni simbiot prebrzo podijelio i ubio svog domaćina 2. Tim je imao više uspjeha kada je ponovno stvorio prirodnu simbiozu između nekih sojeva gljivičnog biljnog patogena Rhizopus microsporus i bakterije Mycetohabitans rhizoxinica, koja proizvodi toksin koji štiti gljivicu od grabežljivaca.

Međutim, uvođenje bakterijskih stanica u gljive bilo je izazovno jer imaju debele stanične stijenke koje održavaju visoki unutarnji tlak. Nakon što su iglom probili zid, istraživači su upotrijebili pumpu za bicikl - kasnije kompresor - kako bi održali dovoljan pritisak za unošenje bakterija.

Nakon početnog šoka od "operacije", gljive su nastavile svoj životni ciklus, stvarajući spore, od kojih su neke sadržavale bakterije. Kad su te spore proklijale, bakterije su također bile prisutne u stanicama sljedeće generacije gljiva. To je pokazalo da se nova endosimbioza može prenijeti na potomstvo - ključno otkriće.

Međutim, uspješnost klijanja spora koje sadrže bakterije bila je niska. U mješovitoj populaciji spora (neke s bakterijama, a neke bez), one koje su sadržavale bakterije nestale su nakon dvije generacije. Kako bi poboljšali odnose, istraživači su upotrijebili fluorescentni razvrstivač stanica kako bi odabrali spore koje sadrže bakterije - koje su bile označene svjetlećim proteinom - i razmnožavali samo te spore u budućim krugovima reprodukcije. Nakon deset generacija, spore koje sadrže bakterije klijale su gotovo jednako učinkovito kao i one bez bakterija.

Osnova za ovu prilagodbu nije jasna. Sekvenciranjem genoma identificirane su neke mutacije povezane s poboljšanim uspjehom klijanja u gljivici - soju R. microsporus za koji nije poznato da nosi endosimbionte - i nisu pronađene promjene u bakterijama.

Čini se da linija koja je najučinkovitije klijala ograničava broj bakterija u svakoj spori, kaže Gabriel Giger, koautor studije i mikrobiolog na ETH Zurich. "Postoje načini na koje ova dva partnera mogu bolje i lakše živjeti zajedno. To je nešto što je vrlo važno da razumijemo."

Istraživači još ne znaju puno o imunološkom sustavu gljivica. Ali Thomas Richards, evolucijski biolog sa Sveučilišta u Oxfordu, Velika Britanija, pita se sprječava li imunološki sustav gljivica simbiozu - i mogu li mutacije u ovom sustavu olakšati odnose. "Veliki sam obožavatelj ovog rada", dodaje.

Eva Nowack, mikrobiologinja sa Sveučilišta Heinrich Heine u Düsseldorfu, Njemačka, bila je iznenađena koliko su se brzo pojavile prilagodbe na simbiotski život. U budućnosti bi voljela vidjeti što će se dogoditi nakon još dužih vremenskih razdoblja; na primjer, nakon više od 1000 generacija.

Razvoj takvih simbioza mogao bi dovesti do stvaranja novih organizama s korisnim svojstvima, poput sposobnosti konzumiranja ugljičnog dioksida ili atmosferskog dušika, kaže Vorholt. "To je ideja: stvoriti nova svojstva koja organizam nema i koja bi inače bila teško implementirana."

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

   Članak  
   
   Google znalac  

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

   Članak  
   
   Google znalac  

Preuzmite reference