Grybuose esančios bakterijos suteikia užuominų apie sudėtingos gyvybės kilmę

Grybuose esančios bakterijos suteikia užuominų apie sudėtingos gyvybės kilmę

Mokslininkai, naudojantys mažytę tuščiavidurę adatą ir dviračio pompą, sugebėjo implantuoti bakterijas į didesnę ląstelę. Taip sukuriami santykiai, panašūs į tuos, kurie paskatino sudėtingo gyvenimo evoliuciją.

Šis pasiekimas, paskelbtas spalio 2 d. žurnale Nature 1, galėtų padėti tyrėjams suprasti partnerysčių, dėl kurių daugiau nei prieš milijardą metų atsirado specializuotų organelių, tokių kaip mitochondrijos ir chloroplastai, kilmę.

Endosimbiotiniai ryšiai, kai mikrobakterijų partneris harmoningai gyvena kito organizmo ląstelėse, yra daugelyje gyvybės formų, įskaitant vabzdžius ir grybus. Mokslininkai mano, kad mitochondrijos – organelės, atsakingos už energijos gamybą ląstelėse – atsirado, kai bakterija rado prieglobstį eukariotinių ląstelių protėvyje. Chloroplastai atsirado, kai augalų protėvis absorbavo fotosintetinį mikroorganizmą.

Nustatyti veiksnius, kurie suformavo ir palaikė šiuos ryšius, sunku, nes jie atsirado labai seniai. Siekdama išspręsti šią problemą, komanda, vadovaujama mikrobiologės Julios Vorholt iš Šveicarijos federalinio technologijos instituto Ciuriche (ETH Zurich), pastaraisiais metais laboratorijoje sukūrė endosimbiotinius ryšius. Jų metodas naudoja 500–1000 nanometrų pločio adatą, kad pradurtų ląsteles-šeimininkes ir po vieną įveda bakterijų ląsteles.

Tačiau pirmieji bandymai dažnai nepavykdavo; Viena iš priežasčių buvo ta, kad potencialus simbiotas per greitai pasidalijo ir nužudė savo šeimininką 2. Komanda turėjo daugiau sėkmės, kai atkūrė natūralią simbiozę tarp kai kurių grybinių augalų patogeno Rhizopus microsporus padermių ir bakterijos Mycetohabitans rhizoxinica, kuri gamina toksiną, saugantį grybą nuo plėšrūnų.

Tačiau bakterijų ląstelių įvedimas į grybus buvo sudėtingas, nes jie turi storas ląstelių sienas, kurios palaiko aukštą vidinį slėgį. Adata pradūrę sieną, mokslininkai panaudojo dviračio siurblį, vėliau kompresorių, kad išlaikytų pakankamą slėgį bakterijoms patekti.

Po pradinio „operacijos“ šoko grybeliai tęsė savo gyvavimo ciklą, gamindami sporas, kai kuriose iš jų buvo bakterijų. Kai šios sporos sudygo, bakterijų buvo ir kitos kartos grybų ląstelėse. Tai parodė, kad nauja endosimbiozė gali būti perduota palikuonims – tai esminis atradimas.

Tačiau bakterijų turinčių sporų daigumas buvo mažas. Mišrioje sporų populiacijoje (kai kuriose su bakterijomis, o kai kuriose be) sporos, kuriose buvo bakterijų, išnyko po dviejų kartų. Siekdami pagerinti santykius, mokslininkai naudojo fluorescencinių ląstelių rūšiatorių, kad atrinktų sporas, kuriose yra bakterijų, kurios buvo pažymėtos švytinčiu baltymu, ir daugino tik tas sporas būsimuose dauginimosi etapuose. Po dešimties kartų sporos, kuriose yra bakterijų, sudygo beveik taip pat efektyviai, kaip ir be bakterijų.

Šio koregavimo pagrindas nėra aiškus. Genomo sekos nustatymo metu buvo nustatytos kai kurios mutacijos, susijusios su geresniu grybelio – R. microsporus padermės, nenešančios endosimbiontų – dygimo sėkme, ir bakterijų pokyčių nerasta.

Atrodė, kad efektyviausiai sudygusi linija riboja bakterijų skaičių kiekvienoje sporoje, sako Gabrielis Gigeris, tyrimo bendraautoris ir ETH Ciuricho mikrobiologas. "Yra būdų, kaip šie du partneriai gali gyventi kartu geriau ir lengviau. Tai yra kažkas, ką mums labai svarbu suprasti."

Tyrėjai dar daug nežino apie grybų imuninę sistemą. Tačiau Thomas Richardsas, evoliucijos biologas iš Oksfordo universiteto, JK, svarsto, ar grybelinė imuninė sistema apsaugo nuo simbiozės ir ar mutacijos šioje sistemoje gali palengvinti santykius. „Esu didelis šio darbo gerbėjas“, – priduria jis.

Diuseldorfo Heinricho Heine universiteto (Vokietija) mikrobiologė Eva Nowack nustebo, kaip greitai atsirado prisitaikymas prie simbiotinio gyvenimo. Ateityje ji norėtų pamatyti, kas atsitiks po dar ilgesnio laiko; pavyzdžiui, po daugiau nei 1000 kartų.

Tokių simbiozių sukūrimas gali paskatinti naujų organizmų, turinčių naudingų savybių, tokių kaip gebėjimas vartoti anglies dioksidą ar atmosferos azotą, kūrimąsi, sako Vorholtas. „Tai yra idėja: sukurti naujų savybių, kurių organizmas neturi ir kurias kitaip būtų sunku įgyvendinti.

1. Gigeris, G.H. ir kt. Gamta https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).

   Straipsnis  
   
   Google Scholar  

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

   Straipsnis  
   
   Google Scholar  

Atsisiųskite nuorodas