Bacteriile din ciuperci oferă indicii despre originile vieții complexe

Bacteriile din ciuperci oferă indicii despre originile vieții complexe

Oamenii de știință care folosesc un ac mic și o pompă de bicicletă au reușit să implanteze bacterii într-o celulă mai mare. Acest lucru creează o relație similară cu cele care au condus evoluția vieții complexe.

Această realizare, publicată pe 2 octombrie în revista Nature 1, ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă originile parteneriatelor care au dus la apariția unor organite specializate, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele în urmă cu mai bine de un miliard de ani.

Relațiile endosimbiotice, în care un partener microbacterian trăiește armonios în celulele unui alt organism, se găsesc în numeroase forme de viață, inclusiv insecte și ciuperci. Oamenii de știință cred că mitocondriile - organele responsabile de producerea de energie în celule - au apărut atunci când o bacterie și-a găsit refugiul într-un strămoș al celulelor eucariote. Cloroplastele au apărut atunci când un strămoș al plantelor a absorbit un microorganism fotosintetic.

Determinarea factorilor care au format și menținut aceste conexiuni este dificilă, deoarece acestea au apărut cu mult timp în urmă. Pentru a rezolva această problemă, o echipă condusă de microbiologul Julia Vorholt de la Institutul Federal Elvețian de Tehnologie din Zurich (ETH Zurich) a dezvoltat relații endosimbiotice în laborator în ultimii ani. Abordarea lor folosește un ac lat de 500-1000 nanometri pentru a perfora celulele gazdă și apoi a introduce celulele bacteriene pe rând.

Cu toate acestea, primele încercări au eșuat adesea; un motiv pentru aceasta a fost că potențialul simbiot s-a divizat prea repede și și-a ucis gazda 2. Echipa a avut mai mult succes atunci când a recreat o simbioză naturală între unele tulpini ale agentului patogen al plantelor fungice Rhizopus microsporus și bacteria Mycetohabitans rhizoxinica, care produce o toxină care protejează ciuperca de pradă.

Cu toate acestea, introducerea celulelor bacteriene în ciuperci a fost o provocare, deoarece acestea au pereți celulari groși care mențin o presiune internă ridicată. După ce au străpuns peretele cu acul, cercetătorii au folosit o pompă de bicicletă – mai târziu un compresor – pentru a menține suficientă presiune pentru a introduce bacteriile.

După șocul inițial al „operației”, ciupercile și-au continuat ciclurile de viață, producând spori, dintre care unii conțin bacterii. Când acești spori au germinat, bacteriile au fost prezente și în celulele următoarei generații de ciuperci. Acest lucru a arătat că noua endosimbioză ar putea fi transferată descendenților - o descoperire crucială.

Cu toate acestea, succesul germinativ al sporilor care conțin bacterii a fost scăzut. Într-o populație mixtă de spori (unii cu bacterii și alții fără), cei care conțineau bacterii au dispărut după două generații. Pentru a îmbunătăți relațiile, cercetătorii au folosit un sortator de celule fluorescente pentru a selecta sporii care conțin bacterii - care au fost etichetate cu o proteină strălucitoare - și au propagat doar acei spori în rundele viitoare de reproducere. După zece generații, sporii care conțineau bacterii au germinat aproape la fel de eficient ca cei fără bacterii.

Baza acestei ajustări nu este clară. Secvențierea genomului a identificat unele mutații asociate cu succesul îmbunătățit al germinării în ciupercă - o tulpină de R. microsporus care nu este cunoscută pentru a transporta endosimbioți - și nu a găsit nicio modificare în bacterii.

Linia care a germinat cel mai eficient pare să limiteze numărul de bacterii din fiecare spor, spune Gabriel Giger, coautor al studiului și microbiolog la ETH Zurich. „Există modalități prin care acești doi parteneri pot trăi împreună mai bine și mai ușor. Acesta este ceva foarte important pentru noi să înțelegem.”

Cercetătorii încă nu știu prea multe despre sistemul imunitar al ciupercilor. Dar Thomas Richards, un biolog evoluționist la Universitatea din Oxford, Marea Britanie, se întreabă dacă un sistem imunitar fungic previne simbioza - și dacă mutațiile din acest sistem ar putea facilita relațiile. „Sunt un mare fan al acestei lucrări”, adaugă el.

Eva Nowack, microbiolog la Universitatea Heinrich Heine din Düsseldorf, Germania, a fost surprinsă de cât de repede păreau să apară adaptările la viața simbiotică. În viitor, ea ar dori să vadă ce se întâmplă după perioade și mai lungi de timp; de exemplu, după mai bine de 1.000 de generații.

Dezvoltarea unor astfel de simbioze ar putea duce la crearea de noi organisme cu proprietăți utile, precum capacitatea de a consuma dioxid de carbon sau azot atmosferic, spune Vorholt. „Aceasta este ideea: să creăm noi proprietăți pe care un organism nu le are și care altfel ar fi dificil de implementat.”

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

   Articol  
   
   Google Academic  

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

   Articol  
   
   Google Academic  

Descărcați referințe