Sienien bakteerit tarjoavat todisteita monimutkaisen elämän alkuperästä

Sienien bakteerit tarjoavat todisteita monimutkaisen elämän alkuperästä

Tutkijat, jotka käyttävät pientä ontto neulaa ja polkupyöräpumppua, ovat onnistuneet istuttamaan bakteerit suurempaan soluun. Tämä luo suhteen, joka muistuttaa niitä, jotka ovat aloittaneet monimutkaisen elämän kehityksen.

Tämä esitys, joka julkaistiin Nature-lehdessä 2. lokakuuta, 1 voisi auttaa tutkijoita, jotka ymmärtävät useamman kuin yhden miljardin vuoden alkuperän kuin yhden miljardin vuoden alkuperät ja kloroplasien kloroplasien esiintymisen.

endosymbioniset suhteet, joissa mikrobakteerikumppani elää harmonisesti toisen organismin soluissa, löytyy monista elämänmuodoista, mukaan lukien hyönteiset ja sienet. Tutkijat uskovat, että mitokondriat - organelit, jotka ovat vastuussa solujen energiantuotannosta - luotiin bakteerina, joka löysi turvapaikan eukaryoottisten solujen esi -isästä. Kloroplastit luotiin, kun kasvien esi -isä kirjasi valokuva -synteisen mikro -organismin.

Näiden yhteyksien muodostuneiden ja ylläpitämien tekijöiden määrittäminen on vaikeaa, koska ne ovat niin kauan sitten. Tämän ongelman välttämiseksi mikrobiologin Julia Vorholtin johdolla oleva ryhmä on kehittänyt viime vuosina endosymbioottisia suhteita laboratoriossa Zürichin liittovaltion teknillisessä instituutissa (ETH Zürich). Lähestymistapasi käyttää 500-1000 nanometrin leveää neulaa isäntäsolujen lävistämiseen ja sitten bakteerisolujen asettamiseen erikseen.

Ensimmäiset yritykset epäonnistuivat usein; Yksi syy tähän oli se, että potentiaalinen symbion jaettiin liian nopeasti ja tappoi vuokranantajansa 2 . Ryhmä oli menestyvämpi kuin luonnollinen symbioosi joidenkin sieni -kasvien patogeenin Rhizopus -mikrosportin ja Mycetohabitanin Rhizoxinica -suojelun välillä, joka tuottaa toksiinia, joka suojaa sieniä suojaavan predatesta

Bakteerisolujen lisääminen sieniin oli kuitenkin haaste, koska niillä on paksut soluseinät, jotka ylläpitävät korkeaa sisäistä painetta. Kun seinä oli lävistetty neulan kanssa, tutkijat käyttivät polkupyöräpumppua - myöhemmin kompressoria - ylläpitämään tarpeeksi painetta bakteerien käyttöönottamiseksi.

"operaation" alkuperäisen sokin jälkeen sienet jatkoivat elinkaariaan ja tuottivat itiöitä, joista osa sisälsi bakteereja. Kun nämä itiöt itävät, bakteereja oli saatavana myös seuraavan sukupolven sienten soluissa. Tämä osoitti, että uusi endosymbioosi oli siirrettävissä jälkeläisiin - tärkeä havainto.

Bakteerien itiöt olivat kuitenkin alhaiset. Itiöiden sekoitetussa populaatiossa (jotkut bakteereilla ja toiset ilman) bakteereja, jotka sisältävät kahden sukupolven jälkeen. Suhteiden parantamiseksi tutkijat käyttivät fluoresoivaa solujen lajittelijaa valittaessa itiöitä, jotka sisälsivät bakteereja - jotka oli merkitty loistavalla proteiinilla - ja levitti vain näitä itiöitä tulevissa lisääntymiskierroksissa. Kymmenen sukupolven jälkeen bakteereja sisältävät itiöt itäivät melkein yhtä tehokkaasti kuin ne, joilla ei ollut bakteereja.

Tämän mukautuksen perusta ei ole selvä. Genom -sekvensointi tunnisti joitain mutaatioita, jotka liittyivät sienen parannettuun itämisen menestykseen - R. mikrosporuksen heimoon, jonka ei tiedetä käyttävän endosymbioneja - eikä löytänyt muutoksia bakteereissa.

Tehokkaimmin itävä linja näytti rajoittavan bakteerien lukumäärää jokaisessa itiössä, sanoo tutkimuksen yhteistyökumppani Gabriel Giger ja ETH Zürichin mikrobiologi. "Näillä kahdella kumppanilla on mahdollisuus elää paremmin ja helpompaa. Tämä on meille erittäin tärkeä."

Tutkijat eivät tiedä paljon sienten immuunijärjestelmästä. Mutta Ison -Britannian Oxfordin yliopiston evoluutiobiologi Thomas Richards ihmettelee, estääkö sieni -immuunijärjestelmä symbioosin - ja voivatko tämän järjestelmän mutaatiot helpottaa suhteita. "Olen suuri tämän työn fani", hän lisää.

Evack, Heinrich Heine -yliopiston Düsseldorfin mikrobiologi, Saksa, yllättynyt siitä, kuinka nopeasti symbioottisen elämän mukautukset näyttivät olevan luotu. Tulevaisuudessa hän haluaisi nähdä, mitä tapahtuu vielä pidempien ajanjaksojen jälkeen; Esimerkiksi yli 1000 sukupolven jälkeen.

Tällaisten symbioosien kehitys voi johtaa uusien organismien luomiseen, joilla on hyödyllisiä ominaisuuksia, kuten kyky kuluttaa hiilidioksidia tai ilmakehän typpeä, Vorholt sanoo. "Tämä on ajatus: luoda uusia ominaisuuksia, joita organismilla ei ole ja jota muuten olisi vaikea toteuttaa."

Ra

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

artikkeli
 

Ra

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

artikkeli
> Lataa viitteet