I batteri nei funghi forniscono prove delle origini della vita complessa

I batteri nei funghi forniscono prove delle origini della vita complessa

Gli scienziati che usano un piccolo ago cavo e una pompa per biciclette sono riusciti a piantare batteri in una cellula più grande. Questo crea una relazione che ricorda coloro che hanno iniziato l'evoluzione della vita complessa.

Questa performance, che è stata pubblicata nella rivista Nature il 2 ottobre, 1 Potrebbero aiutare i ricercatori che comprendono le origini di oltre un più di un miliardo di anni per l'emergere di organelli specializzati come i mitoconti e

Relazioni endosimbioniche in cui un partner microbatterico vive armoniosamente nelle cellule di un altro organismo si possono trovare in numerose forme di vita, tra cui insetti e funghi. Gli scienziati ritengono che i mitocondri - gli organelli che sono responsabili della produzione di energia nelle cellule - siano stati creati come batteri trovati rifugio in un antenato delle cellule eucariotiche. I cloroplasti sono stati creati quando l'antenato delle piante ha registrato un microrganismo fotografico.

La determinazione dei fattori che si sono formati e mantenuti queste connessioni è difficile perché sono tanto tempo fa. Per evitare questo problema, negli ultimi anni un team sotto la direzione del microbiologo Julia Vorholt ha sviluppato relazioni endosimbiotiche in laboratorio presso il Federal Institute of Technology di Zurigo (ETH Zurigo). Il tuo approccio utilizza un ago largo nanometro 500-1000 per perforare le cellule ospiti e quindi inserire le cellule batteriche individualmente.

I primi tentativi spesso fallirono; Uno dei motivi di ciò era che il potenziale Symbion è stato condiviso troppo rapidamente e ha ucciso il suo padrone di casa 2 . Il team ha avuto più successo di una simbiosi naturale tra alcune tribù del patogeno della pianta fungina Rhizopus Microsporus e il batterio Mycetohabitan Rhizoxinica recuperato che produce una tossina che protegge il fungo da precedenti

L'introduzione di cellule batteriche nei funghi, tuttavia, è stata una sfida perché hanno pareti cellulari spesse che mantengono un'alta pressione interna. Dopo che il muro è stato trafitto con l'ago, i ricercatori hanno utilizzato una pompa per biciclette - in seguito un compressore - per mantenere una pressione sufficiente per introdurre i batteri.

Dopo lo shock iniziale dell '"operazione", i funghi hanno continuato i loro cicli di vita e hanno prodotto spore, alcuni dei quali contenevano batteri. Quando queste spore spingevano, i batteri erano disponibili anche nelle cellule della prossima generazione di funghi. Ciò ha dimostrato che la nuova endosimbiosi era trasferibile alla prole, una scoperta cruciale.

Tuttavia, le spore batteriche erano basse. In una popolazione mista di spore (alcune con batteri e alcuni senza), i batteri contenuti sono scomparsi dopo due generazioni. Al fine di migliorare le relazioni, i ricercatori hanno utilizzato un selezionatore di cellule fluorescenti per selezionare spore che contenevano batteri - che erano stati contrassegnati con una proteina brillante - e propagavano solo queste spore in futuri round riproduttivi. Dopo dieci generazioni, le spore contenenti batteri sono spuntate quasi in modo efficiente rispetto a quelle senza batteri.

La base per questo adattamento non è chiara. Il sequenziamento di Genom ha identificato alcune mutazioni associate al miglioramento del successo della germinazione nel fungo - una tribù di R. microsporus, che non è noto per indossare endosimi - e non hanno trovato cambiamenti nei batteri.

La linea che è stata germinazione più efficiente sembrava limitare il numero di batteri in ogni spora, afferma Gabriel Giger, autore dello studio e microbiologo di ETH Zurigo. "Ci sono opportunità per questi due partner di vivere meglio e più facili. Questo è qualcosa di molto importante per noi."

I ricercatori non sanno molto del sistema immunitario dei funghi. Ma Thomas Richards, biologo evolutivo dell'Università di Oxford, nel Regno Unito, si chiede se un sistema immunitario fungino impedisca la simbiosi e se le mutazioni in questo sistema possano facilitare le relazioni. "Sono un grande fan di questo lavoro", aggiunge.

Eva Nowack, microbiologo della Heinrich Heine University Düsseldorf, in Germania, è stato sorpreso dalla rapidità con cui gli aggiustamenti della vita simbiotica sembrano essere creati. In futuro vorrebbe vedere cosa accadrà dopo periodi ancora più lunghi; Ad esempio dopo oltre 1.000 generazioni.

Lo sviluppo di tali simbiosi potrebbe portare alla creazione di nuovi organismi con proprietà utili, come la capacità di consumare anidride carbonica o azoto atmosferico, afferma Vorholt. "Questa è l'idea: creare nuove proprietà che un organismo non ha e che altrimenti sarebbe difficile da attuare."

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

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2. >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

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

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