Bakterier i sopp gir bevis på opprinnelsen til komplekst liv
Bakterier i sopp gir bevis på opprinnelsen til komplekst liv
Forskere som bruker en liten hul nål og en sykkelpumpe har klart å plante bakterier i en større celle. Dette skaper et forhold som ligner de som har satt i gang utviklingen av komplekst liv.
Denne forestillingen, som ble publisert i tidsskriftet Nature 2. oktober, 1 kan hjelpe forskere som forstår opprinnelsen til mer enn en mer milliard år til å fremme.
Endosymbioniske forhold der en mikrobakteriell partner lever harmonisk i cellene til en annen organisme kan finnes i mange livsformer, inkludert insekter og sopp. Forskere mener at mitokondrier - organellene som er ansvarlige for energiproduksjon i celler - ble opprettet som en bakterie funnet tilflukt i en stamfar til de eukaryote cellene. Kloroplaster ble opprettet da stamfaren til plantene registrerte et foto -syntisk mikroorganisme.
Bestemmelsen av faktorene som har dannet og opprettholdt disse forbindelsene er vanskelig fordi de er så lenge siden. For å unngå dette problemet har et team under ledelse av mikrobiolog Julia Vorholt utviklet endosymbiotiske forhold i laboratoriet de siste årene ved Federal Institute of Technology i Zürich (ETH Zurich). Tilnærmingen din bruker en 500-1000 nanometer bred nål for å stikke hull på vertsceller og deretter sette inn bakterieceller hver for seg.
De første forsøkene mislyktes ofte; En årsak til dette var at den potensielle symbionen ble delt for raskt og drepte utleier 2 . Teamet var mer vellykket enn en naturlig symbiose mellom noen stammer av soppplante -patogen rhizopus microsporus og bakterien Mycetohabitans rhizoxinica utvunnet som produserer et giftstoff som beskytter soppen mot predate
Innføring av bakterieceller i soppen var imidlertid en utfordring fordi de har tykke cellevegger som opprettholder et høyt indre trykk. Etter at veggen var gjennomboret med nålen, brukte forskerne en sykkelpumpe - senere en kompressor - for å opprettholde nok trykk til å introdusere bakteriene.
Etter det første sjokket av "operasjonen", fortsatte soppen sine livssykluser og produserte sporer, hvorav noen inneholdt bakterier. Da disse sporer spirte, var bakterier også tilgjengelige i cellene i neste generasjon sopp. Dette viste at den nye endosymbiosen var overførbar til avkommet - et avgjørende funn.
Bakteriesporer var imidlertid lave. I en blandet populasjon av sporer (noen med bakterier og noen uten) forsvant bakteriene -inneholdende etter to generasjoner. For å forbedre forhold brukte forskerne en lysstoffrør for å velge sporer som inneholdt bakterier - som hadde blitt merket med et skinnende protein - og bare forplantet disse sporer i fremtidige reproduksjonsrunder. Etter ti generasjoner spirte de bakterieholdige sporer nesten like effektivt som de uten bakterier.
Grunnlaget for denne tilpasningen er ikke klart. Genomsekvensering identifiserte noen mutasjoner som var assosiert med den forbedrede spiringssuksessen i soppen - en stamme av R. microsporus, som ikke er kjent for å bruke endosymbioner - og fant ingen endringer i bakteriene.
Linjen som var mest effektivt spiret så ut til å begrense antallet bakterier i hver spore, sier Gabriel Giger, medforfatter av studien og mikrobiolog ved ETH Zurich. "Det er muligheter for disse to partnerne til å leve bedre og enklere. Dette er noe som er veldig viktig for oss."
Forskerne vet ikke så mye om soppens immunforsvar. Men Thomas Richards, evolusjonsbiolog ved University of Oxford, Storbritannia, lurer på om et soppimmunsystem forhindrer symbiosen - og om mutasjoner i dette systemet kan lette forhold. "Jeg er en stor fan av dette arbeidet," legger han til.
Eva Nowack, mikrobiolog ved Heinrich Heine University Düsseldorf, Tyskland, ble overrasket over hvor raskt justeringer av det symbiotiske livet så ut til å være skapt. I fremtiden vil hun gjerne se hva som vil skje etter enda lengre perioder; For eksempel etter mer enn 1000 generasjoner.
Utviklingen av slike symboler kan føre til å skape nye organismer med nyttige egenskaper, for eksempel evnen til å konsumere karbondioksid eller atmosfærisk nitrogen, sier Vorholt. "Dette er ideen: å skape nye egenskaper som en organisme ikke har, og som ellers ville være vanskelig å implementere."
-
Giger, G. H. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08010-x (2024).