Τα βακτήρια στα μανιτάρια παρέχουν στοιχεία για την προέλευση της σύνθετης ζωής
Τα βακτήρια στα μανιτάρια παρέχουν στοιχεία για την προέλευση της σύνθετης ζωής
Οι επιστήμονες που χρησιμοποιούν μια μικροσκοπική κοίλη βελόνα και μια αντλία ποδηλάτου κατάφεραν να φυτέψουν βακτηρίδια σε ένα μεγαλύτερο κύτταρο. Αυτό δημιουργεί μια σχέση που μοιάζει με εκείνους που έχουν ξεκινήσει την εξέλιξη της σύνθετης ζωής.
Αυτή η απόδοση, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature στις 2 Οκτωβρίου,
ενδοσυμπιονικές σχέσεις στις οποίες ένας μικροβακτηριακός εταίρος ζει αρμονικά στα κύτταρα ενός άλλου οργανισμού μπορεί να βρεθεί σε πολυάριθμες μορφές ζωής, συμπεριλαμβανομένων των εντόμων και των μυκήτων. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα μιτοχόνδρια - τα οργανίδια που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή ενέργειας σε κύτταρα - δημιουργήθηκαν ως βακτήριο που βρήκε καταφύγιο σε έναν πρόγονο των ευκαρυωτικών κυττάρων. Οι χλωροπλάστες δημιουργήθηκαν όταν ο πρόγονος των φυτών κατέγραψε μια φωτογραφία -ανύπαρκτη μικροοργανισμός.
Ο προσδιορισμός των παραγόντων που έχουν διαμορφώσει και διατηρήσει αυτές τις συνδέσεις είναι δύσκολος επειδή είναι πολύ καιρό πριν. Για να αποφευχθεί αυτό το πρόβλημα, μια ομάδα υπό την καθοδήγηση του μικροβιολόγου Julia Vorholt έχει αναπτύξει ενδοοσυμικές σχέσεις στο εργαστήριο τα τελευταία χρόνια στο Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Ζυρίχη (ETH Zurich). Η προσέγγισή σας χρησιμοποιεί μια βελόνα 500-1000 νανομέτρου για να τρυπήσει τα κύτταρα ξενιστή και στη συνέχεια να εισάγει βακτηριακά κύτταρα ξεχωριστά.
Οι πρώτες προσπάθειες συχνά απέτυχαν. Ένας λόγος για αυτό ήταν ότι το πιθανό symbion μοιράστηκε πολύ γρήγορα και σκότωσε τον ιδιοκτήτη του 2 . Η ομάδα ήταν πιο επιτυχημένη από μια φυσική συμβίωση μεταξύ ορισμένων φυλών του μυκητιακού φυτικού παθογόνου Rhizopus microsporus και του βακτηρίου Mycetohabitan rhizoxinica που ανακτάται που παράγει μια τοξίνη που προστατεύει τον μύκητα από το Fredate
Η εισαγωγή βακτηριακών κυττάρων στα μανιτάρια, ωστόσο, ήταν μια πρόκληση επειδή έχουν παχιά κυτταρικά τοιχώματα που διατηρούν υψηλή εσωτερική πίεση. Αφού ο τοίχος διάτρησε με τη βελόνα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια αντλία ποδηλάτου - αργότερα έναν συμπιεστή - για να διατηρήσουν αρκετή πίεση για να εισαγάγουν τα βακτήρια.
Μετά το αρχικό σοκ της "λειτουργίας", τα μανιτάρια συνέχισαν τους κύκλους ζωής τους και παρήγαγαν σπόρια, μερικά από τα οποία περιείχαν βακτήρια. Όταν αυτά τα σπόρια βλασταίνουν, τα βακτηρίδια ήταν επίσης διαθέσιμα στα κύτταρα της επόμενης γενιάς μυκήτων. Αυτό έδειξε ότι η νέα ενδοσυμία ήταν μεταβιβάσιμη στους απογόνους - ένα κρίσιμο εύρημα.
Ωστόσο, τα βακτηριακά σπόρια ήταν χαμηλά. Σε έναν μικτό πληθυσμό σπόρων (μερικοί με βακτηρίδια και μερικά χωρίς), τα βακτηρίδια που περιέχουν εξαφανίστηκαν μετά από δύο γενιές. Προκειμένου να βελτιωθούν οι σχέσεις, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν διαλογέα φθορισμού για να επιλέξουν σπόρια που περιείχαν βακτήρια - τα οποία είχαν επισημανθεί με μια λαμπερή πρωτεΐνη - και μόνο διαδόθηκαν αυτά τα σπόρια σε μελλοντικούς αναπαραγωγικούς γύρους. Μετά από δέκα γενιές, τα σπόρια που περιέχουν βακτηρίδια βλασταίνουν σχεδόν εξίσου αποτελεσματικά με εκείνα χωρίς βακτήρια.
Η βάση για αυτήν την προσαρμογή δεν είναι σαφής. Η αλληλουχία του γονιδίου αναγνώρισε ορισμένες μεταλλάξεις που συσχετίστηκαν με τη βελτιωμένη επιτυχία βλάστησης στο μανιτάρι - μια φυλή του R. microsporus, η οποία δεν είναι γνωστό ότι φορούσε ενδοσυματικά - και δεν βρήκαν αλλαγές στα βακτήρια.
Η γραμμή που ήταν πιο αποτελεσματικά βλάστηση φάνηκε να περιορίζει τον αριθμό των βακτηρίων σε κάθε σπόριο, λέει ο Gabriel Giger, συνεργάτης της μελέτης και μικροβιολόγου στο Eth Zurich. "Υπάρχουν ευκαιρίες για αυτούς τους δύο εταίρους να ζουν καλύτερα και ευκολότερα. Αυτό είναι κάτι που είναι πολύ σημαντικό για εμάς".
Οι ερευνητές δεν γνωρίζουν πολλά για το ανοσοποιητικό σύστημα των μανιταριών. Όμως, ο Thomas Richards, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης του Ηνωμένου Βασιλείου, αναρωτιέται αν ένα μυκητιακό ανοσοποιητικό σύστημα εμποδίζει τη συμβίωση - και αν οι μεταλλάξεις σε αυτό το σύστημα θα μπορούσαν να διευκολύνουν τις σχέσεις. «Είμαι μεγάλος οπαδός αυτού του έργου», προσθέτει.
Η Eva Nowack, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο Heinrich Heine Düsseldorf της Γερμανίας, εκπλήσσονταν από το πόσο γρήγορα οι προσαρμογές στη συμβιωτική ζωή φάνηκαν να δημιουργούνται. Στο μέλλον θα ήθελε να δει τι θα συμβεί μετά από ακόμη μεγαλύτερες περιόδους. Για παράδειγμα μετά από περισσότερες από 1.000 γενιές.
Η ανάπτυξη τέτοιων συμβιών θα μπορούσε να οδηγήσει στη δημιουργία νέων οργανισμών με χρήσιμες ιδιότητες, όπως η ικανότητα κατανάλωσης διοξειδίου του άνθρακα ή ατμοσφαιρικού αζώτου, λέει ο Vorholt. "Αυτή είναι η ιδέα: να δημιουργήσουμε νέες ιδιότητες που δεν έχει ένας οργανισμός και αυτό διαφορετικά θα ήταν δύσκολο να εφαρμοστεί".
- >
Giger, G. Η. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).