Baktērijas sēnēs sniedz norādes par sarežģītās dzīves izcelsmi

Baktērijas sēnēs sniedz norādes par sarežģītās dzīves izcelsmi

Zinātniekiem, izmantojot niecīgu dobu adatu un velosipēda sūkni, ir izdevies implantēt baktērijas lielākā šūnā. Tas rada attiecības, kas līdzīgas tām, kas virzīja sarežģītās dzīves evolūciju.

Šis sasniegums publicēts 2. oktobrī žurnālā Nature 1, varētu palīdzēt pētniekiem izprast partnerattiecību izcelsmi, kas noveda pie specializētu organellu, piemēram, mitohondriju un hloroplastu, rašanās pirms vairāk nekā miljarda gadu.

Endosimbotiskās attiecības, kurās mikrobaktēriju partneris harmoniski dzīvo cita organisma šūnās, ir sastopamas daudzās dzīvības formās, tostarp kukaiņos un sēnēs. Zinātnieki uzskata, ka mitohondriji – organoīdi, kas atbild par enerģijas ražošanu šūnās – radās, kad baktērija atrada patvērumu eikariotu šūnu senčos. Hloroplasti parādījās, kad augu sencis absorbēja fotosintēzes mikroorganismu.

Ir grūti noteikt faktorus, kas veidoja un uzturēja šos savienojumus, jo tie radās tik sen. Lai apietu šo problēmu, komanda, kuru vadīja mikrobioloģe Jūlija Vorholta Šveices Federālajā tehnoloģiju institūtā Cīrihē (ETH Zurich), pēdējos gados laboratorijā ir izstrādājusi endosimbiotiskas attiecības. Viņu pieeja izmanto 500–1000 nanometrus platu adatu, lai caurdurtu saimniekšūnas un pēc tam ievadītu baktēriju šūnas pa vienai.

Tomēr pirmie mēģinājumi bieži cieta neveiksmi; viens no iemesliem bija tas, ka potenciālais simbiots sadalījās pārāk ātri un nogalināja savu saimnieku 2. Komanda guva lielākus panākumus, kad viņi atjaunoja dabisku simbiozi starp dažiem sēnīšu augu patogēna Rhizopus microsporus celmiem un baktēriju Mycetohabitans rhizoxinica, kas ražo toksīnu, kas aizsargā sēnīti no plēsoņām.

Tomēr baktēriju šūnu ievadīšana sēnēs bija sarežģīta, jo tām ir biezas šūnu sienas, kas uztur augstu iekšējo spiedienu. Pēc sienas caurduršanas ar adatu pētnieki izmantoja velosipēda sūkni — vēlāk kompresoru —, lai uzturētu pietiekamu spiedienu baktēriju ievadīšanai.

Pēc sākotnējā “operācijas” šoka sēnītes turpināja savu dzīves ciklu, veidojot sporas, no kurām dažas saturēja baktērijas. Kad šīs sporas uzdīgst, baktērijas atradās arī nākamās paaudzes sēņu šūnās. Tas parādīja, ka jauno endosimbiozi var pārnest uz pēcnācējiem - izšķirošs atklājums.

Tomēr baktērijas saturošo sporu dīgtspēja bija zema. Jauktā sporu populācijā (dažas ar baktērijām un dažas bez), tās, kas satur baktērijas, pazuda pēc divām paaudzēm. Lai uzlabotu attiecības, pētnieki izmantoja fluorescējošu šūnu šķirotāju, lai atlasītu sporas, kas satur baktērijas, kas bija marķētas ar mirdzošu proteīnu, un turpmākajās reprodukcijas kārtās pavairoja tikai šīs sporas. Pēc desmit paaudzēm sporas, kas satur baktērijas, uzdīgst gandrīz tikpat efektīvi kā sporas bez baktērijām.

Šīs korekcijas pamatojums nav skaidrs. Genoma sekvencēšana atklāja dažas mutācijas, kas saistītas ar uzlabotu dīgtspēju sēnītē - R. microsporus celmā, kas, kā zināms, nesēja endosimbiontus, un baktērijās netika konstatētas nekādas izmaiņas.

Šķiet, ka visefektīvāk dīgstošā līnija ierobežo baktēriju skaitu katrā sporā, saka Gabriels Gigers, pētījuma līdzautors un ETH Cīrihes mikrobiologs. "Ir veidi, kā šie abi partneri var dzīvot kopā labāk un vieglāk. Tas ir kaut kas, kas mums ir ļoti svarīgi saprast."

Pētnieki vēl daudz nezina par sēnīšu imūnsistēmu. Taču Tomass Ričardss, evolūcijas biologs no Oksfordas universitātes, Apvienotajā Karalistē, jautā, vai sēnīšu imūnsistēma novērš simbiozi un vai šīs sistēmas mutācijas varētu atvieglot attiecības. "Es esmu liels šī darba cienītājs," viņš piebilst.

Eva Novaka, Diseldorfas Heinriha Heines universitātes mikrobioloģe Vācijā, bija pārsteigta par to, cik ātri šķita pielāgošanās simbiotiskajai dzīvei. Nākotnē viņa vēlētos redzēt, kas notiek pēc vēl ilgāka laika perioda; piemēram, pēc vairāk nekā 1000 paaudzēm.

Šādu simbiožu attīstība varētu novest pie jaunu organismu radīšanas ar noderīgām īpašībām, piemēram, spēju patērēt oglekļa dioksīdu vai atmosfēras slāpekli, saka Vorholts. "Tā ir ideja: radīt jaunas īpašības, kuru organismam nav un kuras citādi būtu grūti īstenot."

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

   Raksts  
   
   Google Scholar  

2. Gēbeleins, K. G., Reiters, M. A., Ernsts, K., Gigers, G. H. un Vorholts, J. A. ACS Synth. Biol. 11, 3388–3396 (2022).

   Raksts  
   
   Google Scholar  

Lejupielādēt atsauces