A gombákban lévő baktériumok nyomokat adnak az összetett élet eredetéhez

A gombákban lévő baktériumok nyomokat adnak az összetett élet eredetéhez

A tudósoknak egy apró üreges tűvel és egy kerékpárpumpával sikerült baktériumokat beültetni egy nagyobb sejtbe. Ez hasonló kapcsolatokat hoz létre, amelyek az összetett élet evolúcióját vezérelték.

Ez az eredmény október 2-án jelent meg a Nature folyóiratban 1, segíthet a kutatóknak megérteni azoknak a partnerségeknek az eredetét, amelyek több mint egymilliárd évvel ezelőtt speciális organellumok, például mitokondriumok és kloroplasztiszok megjelenéséhez vezettek.

Az endoszimbiotikus kapcsolatok, amelyekben egy mikrobakteriális partner harmonikusan él egy másik szervezet sejtjeiben, számos életformában megtalálhatók, beleértve a rovarokat és a gombákat is. A tudósok úgy vélik, hogy a mitokondriumok – a sejtek energiatermeléséért felelős organellák – akkor keletkeztek, amikor egy baktérium az eukarióta sejtek egyik ősében talált menedéket. A kloroplasztok akkor jelentek meg, amikor a növények egyik őse felszívott egy fotoszintetikus mikroorganizmust.

Determining the factors that formed and maintained these connections is difficult because they occurred so long ago. A probléma megkerülésére Julia Vorholt mikrobiológus vezette csapat a zürichi Svájci Szövetségi Technológiai Intézetben (ETH Zurich) endoszimbiotikus kapcsolatokat fejlesztett ki a laboratóriumban az elmúlt években. Their approach uses a 500-1000 nanometer wide needle to puncture host cells and then introduce bacterial cells one at a time.

Az első próbálkozások azonban gyakran kudarcot vallottak; Ennek egyik oka az volt, hogy a potenciális szimbióta túl gyorsan osztódott és megölte gazdáját 2. A csapatnak nagyobb sikere volt, amikor újra létrehozták a természetes szimbiózist a Rhizopus microsporus gombakórokozó egyes törzsei és a Mycetohabitans rhizoxinica baktérium között, amely olyan toxint termel, amely megvédi a gombát a ragadozóktól.

A baktériumsejtek gombákba való bejuttatása azonban kihívást jelentett, mert vastag sejtfaluk van, amely magas belső nyomást tart fenn. Miután a tűvel átszúrták a falat, a kutatók kerékpárszivattyút – később kompresszort – használtak, hogy fenntartsák a megfelelő nyomást a baktériumok bejuttatásához.

A „műtét” kezdeti sokkját követően a gombák folytatták életciklusukat, spórákat termelve, amelyek egy része baktériumokat tartalmazott. Amikor ezek a spórák kicsíráztak, a baktériumok a következő generációs gombák sejtjeiben is jelen voltak. Ez azt mutatta, hogy az új endoszimbiózis átvihető az utódokra – ez döntő megállapítás.

A baktérium tartalmú spórák csírázási sikere azonban alacsony volt. A spórák vegyes populációjában (némelyikben baktériumok voltak, mások nem), a baktériumokat tartalmazók két generáció után eltűntek. A kapcsolatok javítása érdekében a kutatók fluoreszcens sejtválogatóval választották ki a baktériumokat tartalmazó spórákat – amelyeket fénylő fehérjével jelöltek meg –, és csak ezeket a spórákat szaporították el a későbbi szaporodási körökben. Tíz generáció elteltével a baktériumokat tartalmazó spórák majdnem olyan hatékonyan csíráztak, mint a baktérium nélküliek.

Ennek a kiigazításnak az alapja nem világos. A genomszekvenálás azonosított néhány olyan mutációt, amelyek a gomba csírázási sikerének javulásához kapcsolódnak – egy olyan R. microsporus törzsben, amelyről nem ismert, hogy endoszimbiontákat hordoz –, és nem találtak változást a baktériumokban.

A leghatékonyabban csírázó vonal korlátozza a baktériumok számát az egyes spórákban – mondja Gabriel Giger, a tanulmány társszerzője és az ETH Zürich mikrobiológusa. "Vannak módok arra, hogy ez a két partner jobban és könnyebben élhessen együtt. Ezt nagyon fontos megértenünk."

A kutatók még nem sokat tudnak a gombák immunrendszeréről. Thomas Richards, az Egyesült Királyság Oxfordi Egyetem evolúciós biológusa azonban azon töpreng, hogy vajon a gombás immunrendszer megakadályozza-e a szimbiózist – és vajon a rendszer mutációi elősegíthetik-e a kapcsolatokat. „Nagy rajongója vagyok ennek a munkának” – teszi hozzá.

Eva Nowack, a németországi Heinrich Heine Egyetem düsseldorfi mikrobiológusa meglepődött azon, hogy milyen gyorsan látszanak az alkalmazkodások a szimbiotikus élethez. A jövőben szeretné látni, mi történik még hosszabb idő után; például több mint 1000 generáció után.

Az ilyen szimbiózisok kialakulása olyan új organizmusok létrejöttéhez vezethet, amelyek hasznos tulajdonságokkal rendelkeznek, például képesek szén-dioxidot vagy légköri nitrogént fogyasztani, mondja Vorholt. "Ez az ötlet: új tulajdonságokat létrehozni, amelyekkel egy szervezet nem rendelkezik, és amelyeket egyébként nehéz lenne megvalósítani."

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

   Cikk  
   
   Google Tudós  

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

   Cikk  
   
   Google Tudós  

Referenciák letöltése