Les bactéries dans les champignons fournissent des preuves des origines de la vie complexe
Les bactéries dans les champignons fournissent des preuves des origines de la vie complexe
Les scientifiques qui utilisent une minuscule aiguille creux et une pompe à vélo ont réussi à planter des bactéries dans une cellule plus grande. Cela crée une relation qui ressemble à ceux qui ont initié l'évolution de la vie complexe.
Cette performance, qui a été publiée dans la revue Nature le 2 octobre, 1 pourrait aider les chercheurs qui comprennent les origines de plus d'un milliard d'années pour l'émergence d'organelles spécialisées telles que Mitochondria et Chloroplast.
Les relations endosymbioniques dans lesquelles un partenaire microbactérien vivent harmonieusement dans les cellules d'un autre organisme se trouvent dans de nombreuses formes de vie, y compris les insectes et les champignons. Les scientifiques croient que les mitochondries - les organites responsables de la production d'énergie dans les cellules - ont été créées comme une bactérie ont trouvé un refuge dans un ancêtre des cellules eucaryotes. Les chloroplastes ont été créés lorsque l'ancêtre des plantes a enregistré un micro-organisme Photo -ythical.
La détermination des facteurs qui ont formé et maintenu ces connexions sont difficiles car ils sont il y a si longtemps. Pour éviter ce problème, une équipe sous la direction de la microbiologiste Julia Vorholt a développé des relations endosymbiotiques en laboratoire ces dernières années au Federal Institute of Technology de Zurich (ETH Zurich). Votre approche utilise une aiguille de 500-1000 nanométriques pour percer les cellules hôtes, puis insérer des cellules bactériennes individuellement.
Les premières tentatives ont souvent échoué; L'une des raisons en était que le symbion potentiel a été partagé trop rapidement et a tué son propriétaire 2 . L'équipe a connu plus de succès qu'une symbiose naturelle entre certaines tribus de l'agent pathogène fongique Rhizopus microsporus et de la bactérie Rhizoxinica de Mycetohabitan récupérée qui produit une toxine qui protège le champignon contre la précédent
L'introduction de cellules bactériennes dans les champignons, cependant, était un défi car elles ont des parois cellulaires épaisses qui maintiennent une pression interne élevée. Une fois le mur percé de l'aiguille, les chercheurs ont utilisé une pompe à vélo - plus tard un compresseur - pour maintenir une pression suffisante pour introduire les bactéries.
Après le choc initial de "l'opération", les champignons ont poursuivi leur cycle de vie et ont produit des spores, dont certaines contenaient des bactéries. Lorsque ces spores ont germé, des bactéries étaient également disponibles dans les cellules de la prochaine génération de champignons. Cela a montré que la nouvelle endosymbiose était transférable à la progéniture - une constatation cruciale.
Cependant, les spores bactériennes étaient faibles. Dans une population mixte de spores (certaines avec des bactéries et certaines sans), les bactéries ont disparu après deux générations. Afin d'améliorer les relations, les chercheurs ont utilisé un trieur de cellules fluorescentes pour sélectionner des spores qui contenaient des bactéries - qui avaient été marquées d'une protéine brillante - et ne propageaient que ces spores dans les futurs tours de reproduction. Après dix générations, les spores contenant des bactéries ont germé presque aussi efficacement que celles sans bactéries.
La base de cette adaptation n'est pas claire. Le séquençage du Genom a identifié certaines mutations associées à l'amélioration du succès de la germination dans les champignons - une tribu de R. microsporus, qui n'est pas connue pour porter des endosymbions - et n'a trouvé aucun changement dans les bactéries.
La ligne qui ait germé le plus efficacement semblait limiter le nombre de bactéries dans chaque spore, explique Gabriel Giger, co-auteur de l'étude et microbiologiste chez ETH Zurich. "Il y a des opportunités pour ces deux partenaires de vivre mieux et plus facile. C'est quelque chose qui est très important pour nous."
Les chercheurs ne savent pas grand-chose sur le système immunitaire des champignons. Mais Thomas Richards, biologiste évolutif à l'Université d'Oxford, au Royaume-Uni, se demande si un système immunitaire fongique empêche la symbiose - et si les mutations de ce système pouvaient faciliter les relations. "Je suis un grand fan de ce travail", ajoute-t-il.
Eva Nowack, microbiologiste à l'Université Heinrich Heine Düsseldorf, en Allemagne, a été surpris de la rapidité avec laquelle les ajustements de la vie symbiotique semblaient être créés. À l'avenir, elle aimerait voir ce qui se passera après des périodes encore plus longues; Par exemple après plus de 1 000 générations.
Le développement de ces symbioses pourrait conduire à la création de nouveaux organismes avec des propriétés utiles, telles que la capacité de consommer du dioxyde de carbone ou de l'azote atmosphérique, explique Vorholt. "C'est l'idée: créer de nouvelles propriétés qu'un organisme n'a pas et cela serait autrement difficile à mettre en œuvre."
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Giger, G. H. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).
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Gäbelein, C. G., Reiter, M. A., Ernst, C., Giger, G. H. & Vorholt, J. A. ACS Synth. Biol. 11, 3388–3396 (2022).