A gombák baktériumai nyomokat adnak a komplex élet eredetére

A gombák baktériumai nyomokat adnak a komplex élet eredetére

Egy apró üreges tűt és kerékpáros szivattyút használó tudósok sikerült a baktériumokat egy nagyobb sejtbe implantálni. Ez olyan kapcsolatot hoz létre, amely hasonló ahhoz, amely a komplex élet fejlődését vezette.

Ez az eredmény, amelyet október 2 -án tettek közzé a Nature folyóiratban 1, Segíthet a kutatóknak a partnerségek eredetének megértésében, amelyek több mint egy milliárd évvel ezelőtt speciális organellák, például mitokondriumok és kloroplasztok kialakulásához vezettek.

Az endosimbiotikus kapcsolatok, amelyekben a mikrobaktériumi partner harmonikusan él egy másik szervezet sejtjeiben, számos életformában megtalálható, beleértve a rovarokat és a gombákat. A tudósok úgy vélik, hogy a mitokondriumok - a sejtek energiatermeléséért felelős organellák - amikor egy baktérium menedéket talált az eukarióta sejtek ősijában. A kloroplasztok akkor alakultak ki, amikor a növények őse felszívta a fotoszintetikus mikroorganizmust.

Nehéz meghatározni azokat a tényezőket, amelyek ezeket a kapcsolatokat kialakították és fenntartották, mert olyan régen fordultak elő. A probléma megkerülése érdekében Julia Vorholt mikrobiológus által vezetett csapat a zürichi svájci Szövetségi Technológiai Intézetben (Eth Zürich) az utóbbi években kidolgozott endosimbiotikus kapcsolatokat a laboratóriumban. Megközelítésük 500-1000 nanométer széles tűt használ a gazdasejtek lyukasztására, majd a baktériumsejtek bevezetésére egyenként.

Az első kísérletek azonban gyakran kudarcot vallottak; Ennek egyik oka az volt, hogy a potenciális szimbióta túl gyorsan megosztott és megölte a házigazdáját 2 - A csapatnak nagyobb sikere volt, amikor a Rhizopus mikrosporus és a baktérium mycetohabitans rhizoxinica baktériumának néhány törzse és a rhizoxinica baktérium közötti természetes szimbiózist hoztak létre, amely toxint termel, amely megvédi a gomba ragadozástól.

A baktériumsejtek bevezetése a gombákba azonban kihívást jelentett, mivel vastag sejtfalak vannak, amelyek magas belső nyomást tartanak fenn. Miután a falat a tűvel átszúrták, a kutatók kerékpárszivattyút - később egy kompresszort - használtak, hogy elegendő nyomást tartsanak a baktériumok bevezetésére.

A „műtét” kezdeti sokkja után a gombák folytatták életciklusukat, spórákat termelve, amelyek közül néhány baktériumokat tartalmazott. Amikor ezek a spórák csíráztak, baktériumok is voltak jelen a gombák következő generációjának sejtjeiben. Ez azt mutatta, hogy az új endosymbiosis átvihető az utódokba - ez egy kritikus megállapítás.

A baktériumokat tartalmazó spórák csírázási sikere azonban alacsony volt. A spórák vegyes populációjában (némelyik baktériumokkal és mások nélkül) a baktériumokat két generáció után eltűntek. A kapcsolatok javítása érdekében a kutatók egy fluoreszcens sejtszíni szortírozót használtak a baktériumokat tartalmazó spórák kiválasztására - amelyet izzó fehérjével címkéztek -, és csak ezeket a spórákat terjesztették a szaporodás jövőbeli fordulóiban. Tíz generáció után a baktériumokat tartalmazó spórák szinte ugyanolyan hatékonyan csíráztak, mint a baktériumok nélküli.

Ennek a kiigazításnak az alapja nem egyértelmű. A genomszekvenálás néhány mutációt azonosított a gomba jobb csírázási sikerével - az R. mikrosporus törzsével, amelyről nem ismert, hogy endosimbiontot hordoznak -, és nem találtak változást a baktériumokban.

Gabriel Giger, a tanulmány társszerzője és az ETH Zurich mikrobiológusának, a leghatékonyabban csírázott vonal korlátozta az egyes spórák számát-mondta Gabriel Giger. "Vannak olyan módok, amelyekkel ez a két partner jobban és könnyebben élhet együtt. Ez nagyon fontos, hogy megértsük."

A kutatók még nem sokat tudnak a gombák immunrendszeréről. Thomas Richards, az Egyesült Királyság Oxfordi Egyetem evolúciós biológusa azonban azon töprengett, vajon a gombás immunrendszer megakadályozza -e a szimbiózist - és vajon a rendszer mutációi megkönnyíthetik -e a kapcsolatokat. "Nagyon rajongó vagyok ennek a műnek" - tette hozzá.

Eva Nowack, a németországi Düsseldorf Heinrich Heine Egyetem mikrobiológusa meglepődött, hogy milyen gyorsan látszólag a szimbiotikus élethez való alkalmazkodás alakul ki. A jövőben szeretné látni, mi történik még hosszabb idő után; Például több mint 1000 generáció után.

Az ilyen szimbiózisok kialakulása új organizmusok létrehozásához vezethet hasznos tulajdonságokkal, például a szén -dioxid vagy a légköri nitrogén fogyasztásának képességével - mondja Vorholt. "Ez az ötlet: új tulajdonságok létrehozása, amelyek egy szervezetnek nincsenek, és egyébként nehéz lenne végrehajtani."

1. Giger, G.H. et al. Természet https://doi.org/10.1038/S41586-024-08010-x (2024).

   Cikk  
   
   Google Tudós  

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

   Cikk  
   
   Google Tudós  

Töltse le a referenciákat