Baktérie v hubách poskytujú vodítka k pôvodu zložitého života

Baktérie v hubách poskytujú vodítka k pôvodu zložitého života

Vedcom pomocou malej dutej ihly a pumpy na bicykel sa podarilo implantovať baktérie do väčšej bunky. To vytvára vzťah podobný tým, ktoré riadili evolúciu zložitého života.

Tento úspech bol publikovaný 2. októbra v časopise Nature 1, by mohla pomôcť výskumníkom pochopiť pôvod partnerstiev, ktoré pred viac ako miliardou rokov viedli k vzniku špecializovaných organel, ako sú mitochondrie a chloroplasty.

Endosymbiotické vzťahy, v ktorých mikrobakteriálny partner žije harmonicky v bunkách iného organizmu, sa nachádzajú v mnohých formách života, vrátane hmyzu a húb. Vedci sa domnievajú, že mitochondrie – organely zodpovedné za produkciu energie v bunkách – vznikli, keď baktéria našla útočisko u predchodcu eukaryotických buniek. Chloroplasty sa objavili, keď predok rastlín absorboval fotosyntetický mikroorganizmus.

Určenie faktorov, ktoré vytvorili a udržali tieto spojenia, je ťažké, pretože sa vyskytli tak dávno. Aby sa tento problém obišiel, tím pod vedením mikrobiologičky Julie Vorholtovej zo Švajčiarskeho federálneho technologického inštitútu v Zürichu (ETH Zurich) v posledných rokoch vyvinul endosymbiotické vzťahy v laboratóriu. Ich prístup využíva ihlu so šírkou 500-1000 nanometrov na prepichnutie hostiteľských buniek a následné zavedenie bakteriálnych buniek po jednej.

Prvé pokusy však často zlyhali; jedným z dôvodov bolo, že potenciálny symbiont sa rozdelil príliš rýchlo a zabil svojho hostiteľa 2. Tím mal väčší úspech, keď znovu vytvoril prirodzenú symbiózu medzi niektorými kmeňmi hubového rastlinného patogénu Rhizopus microsporus a baktériou Mycetohabitans rhizoxinica, ktorá produkuje toxín, ktorý chráni hubu pred predátorstvom.

Zavedenie bakteriálnych buniek do húb však bolo náročné, pretože majú hrubé bunkové steny, ktoré udržiavajú vysoký vnútorný tlak. Po prepichnutí steny ihlou vedci použili pumpu na bicykel – neskôr kompresor – na udržanie dostatočného tlaku na zavedenie baktérií.

Po počiatočnom šoku z „operácie“ huby pokračovali vo svojich životných cykloch a produkovali spóry, z ktorých niektoré obsahovali baktérie. Keď tieto spóry vyklíčili, baktérie boli prítomné aj v bunkách ďalšej generácie húb. To ukázalo, že nová endosymbióza sa môže preniesť na potomstvo - zásadné zistenie.

Úspešnosť klíčenia spór obsahujúcich baktérie však bola nízka. V zmiešanej populácii spór (niektoré s baktériami a niektoré bez) spóry obsahujúce baktérie zmizli po dvoch generáciách. Na zlepšenie vzťahov výskumníci použili fluorescenčný triedič buniek na výber spór obsahujúcich baktérie - ktoré boli označené žiariacim proteínom - a propagovali iba tieto spóry v budúcich kolách reprodukcie. Po desiatich generáciách spóry obsahujúce baktérie vyklíčili takmer rovnako efektívne ako spóry bez baktérií.

Základ tejto úpravy nie je jasný. Sekvenovanie genómu identifikovalo niektoré mutácie spojené so zlepšeným úspechom klíčenia v hube - kmeni R. microsporus, o ktorom nie je známe, že je nositeľom endosymbiontov - a nezistilo sa žiadne zmeny v baktériách.

Zdá sa, že línia, ktorá najefektívnejšie vyklíčila, obmedzuje počet baktérií v každej spóre, hovorí Gabriel Giger, spoluautor štúdie a mikrobiológ z ETH Zurich. "Existujú spôsoby, ako môžu títo dvaja partneri žiť spolu lepšie a ľahšie. To je niečo, čo je pre nás veľmi dôležité pochopiť."

O imunitnom systéme húb vedci zatiaľ veľa nevedia. Thomas Richards, evolučný biológ z Oxfordskej univerzity v Spojenom kráľovstve, sa však pýta, či imunitný systém húb bráni symbióze - a či mutácie v tomto systéme môžu uľahčiť vzťahy. „Som veľkým fanúšikom tejto práce,“ dodáva.

Eva Nowack, mikrobiologička z univerzity Heinricha Heineho v Düsseldorfe v Nemecku, bola prekvapená, ako rýchlo sa zdalo, že sa adaptácie na symbiotický život objavujú. V budúcnosti by chcela vidieť, čo sa stane po ešte dlhších časových úsekoch; napríklad po viac ako 1000 generáciách.

Rozvoj takýchto symbióz by mohol viesť k vytvoreniu nových organizmov s užitočnými vlastnosťami, ako je schopnosť konzumovať oxid uhličitý alebo vzdušný dusík, hovorí Vorholt. "To je myšlienka: vytvoriť nové vlastnosti, ktoré organizmus nemá a ktoré by sa inak ťažko implementovali."

1. Giger, G.H. a kol. Príroda https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).

   Článok  
   
   Študovňa Google  

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

   Článok  
   
   Študovňa Google  

Stiahnite si referencie