Bakterier i svampe giver bevis for oprindelsen af komplekst liv
Bakterier i svampe giver bevis for oprindelsen af komplekst liv
Forskere, der bruger en lille hul nål og en cykelpumpe, har formået at plante bakterier i en større celle. Dette skaber et forhold, der ligner dem, der har indledt udviklingen af komplekst liv.
Denne forestilling, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature den 2. oktober, 1 kunne hjælpe forskere, der forstår oprindelsen af mere end en milliard år til fremkomsten af specialiserede organiske organer, såsom Mitochondria og Chlorops.
Endosymbioniske forhold, hvor en mikrobakteriel partner lever harmonisk i cellerne i en anden organisme, findes i adskillige livsformer, herunder insekter og svampe. Forskere mener, at mitokondrier - organellerne, der er ansvarlige for energiproduktion i celler - blev skabt som en bakterie fundet tilflugt hos en stamfar til de eukaryotiske celler. Chloroplaster blev oprettet, da forfaderen til planterne registrerede et foto -synthisk mikroorganisme.
Bestemmelsen af de faktorer, der har dannet og opretholdt disse forbindelser, er vanskelig, fordi de er så længe siden. For at undgå dette problem har et team under ledelse af mikrobiolog Julia Vorholt udviklet endosymbiotiske forhold i laboratoriet i de senere år på Federal Institute of Technology i Zürich (ETH ZURICH). Din tilgang bruger en 500-1000 nanometer bred nål til at gennembore værtsceller og indsætte derefter bakterieceller individuelt.
De første forsøg mislykkedes ofte; En af grundene til dette var, at den potentielle symbion blev delt for hurtigt og dræbt hans udlejer 2 . Holdet var mere vellykket end en naturlig symbiose mellem nogle stammer af svampeplantepatogen rhizopus microsporus og bakterien mycetohabitans rhizoxinica gendannede, der producerer et toksin, der beskytter svampen mod foregående
Indførelsen af bakterieceller i svampene var imidlertid en udfordring, fordi de har tykke cellevægge, der opretholder et højt indre tryk. Efter at væggen var gennemboret med nålen, brugte forskerne en cykelpumpe - senere en kompressor - til at opretholde nok pres til at introducere bakterierne.
Efter det indledende chok af "operationen" fortsatte svampene deres livscyklus og producerede sporer, hvoraf nogle indeholdt bakterier. Da disse sporer spirede, var bakterier også tilgængelige i cellerne i den næste generation af svampe. Dette viste, at den nye endosymbiose kunne overføres til afkom - et afgørende fund.
Bakteriesporer var imidlertid lave. I en blandet population af sporer (nogle med bakterier og nogle uden) forsvandt bakterierne, der var indeholdt efter to generationer. For at forbedre forholdet brugte forskerne en fluorescerende cellesorter til at vælge sporer, der indeholdt bakterier - som var blevet markeret med et skinnende protein - og forplantede kun disse sporer i fremtidige reproduktionsrunder. Efter ti generationer spirede de bakterieholdige sporer næsten lige så effektivt som dem uden bakterier.
Grundlaget for denne tilpasning er ikke klar. Genom -sekventering identificerede nogle mutationer, der var forbundet med den forbedrede spiringssucces i svampen - en stamme af R. microsporus, som ikke er kendt for at bære endosymbioner - og fandt ingen ændringer i bakterierne.
Den linje, der var mest effektivt spiret, syntes at begrænse antallet af bakterier i hver spore, siger Gabriel Giger, co -forfatter for undersøgelsen og mikrobiolog ved Eth Zürich. "Der er muligheder for disse to partnere til at leve bedre og lettere. Dette er noget, der er meget vigtigt for os."
Forskerne ved ikke meget om svampe -immunsystemet. Men Thomas Richards, evolutionær biolog ved University of Oxford, UK, spekulerer på, om et svampeimmunsystem forhindrer symbiosen - og om mutationer i dette system kan lette forhold. ”Jeg er en stor fan af dette værk,” tilføjer han.
Eva Nowack, mikrobiolog ved Heinrich Heine University Düsseldorf, Tyskland, blev overrasket over, hvor hurtigt justeringer af det symbiotiske liv syntes at være skabt. I fremtiden vil hun gerne se, hvad der vil ske efter endnu længere perioder; For eksempel efter mere end 1.000 generationer.
Udviklingen af sådanne symbioser kan føre til oprettelse af nye organismer med nyttige egenskaber, såsom evnen til at forbruge kuldioxid eller atmosfærisk nitrogen, siger Vorholt. "Dette er ideen: At skabe nye egenskaber, som en organisme ikke har, og som ellers ville være vanskelig at implementere."
- >>
Giger, G. H. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).
- >
Gäbelein, C. G., Reiter, M. A., Ernst, C., Giger, G. H. & Vorholt, J. A. ACS Synth. Biol. 11, 3388–3396 (2022).