Bacteriën in champignons leveren bewijs van de oorsprong van het complexe leven
Bacteriën in champignons leveren bewijs van de oorsprong van het complexe leven
Wetenschappers die een kleine holle naald en een fietspomp gebruiken, zijn erin geslaagd bacteriën in een grotere cel te planten. Dit creëert een relatie die lijkt op degenen die de evolutie van het complexe leven hebben geïnitieerd.
Deze prestaties, die op 2 oktober in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd, 1 kunnen onderzoekers helpen die de oorsprong van meer dan één miljard jaar hebben om de oorsprong te begrijpen.
Endosymbionische relaties waarin een microbacteriële partner harmonieus leeft in de cellen van een ander organisme, kan worden gevonden in talloze levensvormen, waaronder insecten en schimmels. Wetenschappers geloven dat mitochondriën - de organellen die verantwoordelijk zijn voor energieproductie in cellen - werden gecreëerd als een bacterie die toevlucht werd gevonden in een voorouder van de eukaryotische cellen. Chloroplasten werden gecreëerd toen de voorouder van de planten een foto -synthisch micro -organisme opnam.
De bepaling van de factoren die deze verbindingen hebben gevormd en onderhouden, is moeilijk omdat ze zo lang geleden zijn. Om dit probleem te voorkomen, heeft een team onder leiding van microbioloog Julia Vorholt de afgelopen jaren endosymbiotische relaties ontwikkeld in het laboratorium bij het Federal Institute of Technology in Zürich (ETH Zurich). Uw aanpak gebruikt een 500-1000 nanometer brede naald om gastheercellen te doorboren en vervolgens bacteriecellen afzonderlijk in te voegen.
De eerste pogingen faalden vaak; Een reden hiervoor was dat de potentiële symbion te snel werd gedeeld en zijn verhuurder 2 gedood. Het team was succesvoller dan een natuurlijke symbiose tussen sommige stammen van de schimmelplant Pathogeen rhizopus microsporus en de rhizoxinica van de bacterie Mycetohitan herstelde dat een toxine produceert dat de schimmel beschermt tegen Predate
De introductie van bacteriecellen in de champignons was echter een uitdaging omdat ze dikke celwanden hebben die een hoge interne druk handhaven. Nadat de wand met de naald was doorboord, gebruikten de onderzoekers een fietspomp - later een compressor - om voldoende druk te behouden om de bacteriën te introduceren.
Na de eerste schok van de "operatie" zette de paddenstoelen hun levenscycli voort en produceerden sporen, waarvan sommige bacteriën bevatten. Toen deze sporen ontspruiten, waren bacteriën ook beschikbaar in de cellen van de volgende generatie schimmels. Dit toonde aan dat de nieuwe endosymbiose overdraagbaar was naar de nakomelingen - een cruciale bevinding.
De bacteriële sporen waren echter laag. In een gemengde populatie sporen (sommige met bacteriën en sommige zonder), verdwenen de bacteriën -bevattende na twee generaties. Om de relaties te verbeteren, gebruikten de onderzoekers een fluorescerende celdorteerder om sporen te selecteren die bacteriën bevatten - die waren gemarkeerd met een stralend eiwit - en deze sporen alleen in toekomstige reproductieve rondes verspreidden. Na tien generaties ontsproten de bacterie-bevattende sporen bijna net zo efficiënt als die zonder bacteriën.
De basis voor deze aanpassing is niet duidelijk. Genomsequencing identificeerde enkele mutaties die werden geassocieerd met het verbeterde kiemsucces in de paddestoel - een stam van R. microsporus, waarvan niet bekend is dat het endosymbions draagt - en geen veranderingen in de bacteriën heeft gevonden.
De meest efficiënt ontkiemde lijn leek het aantal bacteriën in elke spore te beperken, zegt Gabriel Giger, co -auteur van de studie en microbioloog bij ETH Zurich. "Er zijn kansen voor deze twee partners om beter en gemakkelijker te leven. Dit is iets dat erg belangrijk voor ons is."
De onderzoekers weten niet veel over het immuunsysteem van de paddenstoelen. Maar Thomas Richards, evolutiebioloog aan de Universiteit van Oxford, VK, vraagt zich af of een immuunsysteem van schimmels de symbiose voorkomt - en of mutaties in dit systeem relaties kunnen vergemakkelijken. "Ik ben een grote fan van dit werk," voegt hij eraan toe.
Eva Nowack, microbioloog aan de Heinrich Heine University Düsseldorf, Duitsland, was verrast hoe snel aanpassingen aan het symbiotische leven leken te worden gecreëerd. In de toekomst zou ze graag zien wat er na nog langere periodes zal gebeuren; Bijvoorbeeld na meer dan 1.000 generaties.
De ontwikkeling van dergelijke symbioses kan leiden tot het creëren van nieuwe organismen met nuttige eigenschappen, zoals het vermogen om koolstofdioxide of atmosferische stikstof te consumeren, zegt Vorholt. "Dit is het idee: nieuwe eigenschappen creëren die een organisme niet heeft en dat anders moeilijk te implementeren zou zijn."
- >
-
giger, G. H. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).
-
Gäbelein, C. G., Reiter, M. A., Ernst, C., Giger, G. H. & Vorholt, J. A. ACS Synth. Biol. 11, 3388–3396 (2022).