Bakterie w grzybach dostarczają dowodów pochodzenia złożonego życia
Bakterie w grzybach dostarczają dowodów pochodzenia złożonego życia
Naukowcy, którzy używają maleńkiej pustej igły i pompy rowerowej, zdołały posadzić bakterie w większą komórkę. Stwarza to związek, który przypomina tych, którzy zainicjowali ewolucję złożonego życia.
Ten występ, który został opublikowany w czasopiśmie Nature 2 października, 1 może pomóc badaczom rozumiejącym pochodzenie więcej niż jeden milion lat do pojawienia się Organeles of Specjalizowane Organeles, takie jak Mitochondria i Chlor.
Relacje endosymbioniczne, w których partner drobnoustrojowy żyje harmonijnie w komórkach innego organizmu, można znaleźć w licznych formach życia, w tym owadach i grzybach. Naukowcy uważają, że mitochondria - organelle odpowiedzialne za produkcję energii w komórkach - zostały utworzone jako bakteria znaleziona schronienie w przodku komórek eukariotycznych. Chloroplasty zostały stworzone, gdy przodek roślin nagrał fotointyczny mikroorganizm.
Określenie czynników, które uformowały i utrzymały te połączenia, jest trudne, ponieważ są one tak dawno temu. Aby uniknąć tego problemu, zespół pod kierunkiem mikrobiologii Julii Vorholt opracował relacje endosymbiotyczne w laboratorium w ostatnich latach w Federalnym Instytucie Technologii w Zurychu (Eth Zurych). Twoje podejście wykorzystuje igłę o szerokości 500-1000 nanometrowych do przebijania komórek gospodarza, a następnie wstawienia komórek bakteryjnych indywidualnie.
Pierwsze próby często nie powiodły się; Jednym z powodów było to, że potencjalna symbion została udostępniona zbyt szybko i zabiła jego właściciela 2 . Zespół odniósł większe sukcesy niż naturalna symbioza między niektórymi plemionami grzybowej patogenu Rhizopus mikrospor i bakterii Mycetahabitan Rhizoxinica, która wytwarza toksynę, która chroni grzyb przed predentatem
Wprowadzenie komórek bakteryjnych do grzyb było jednak wyzwaniem, ponieważ mają grube ściany komórkowe, które utrzymują wysokie ciśnienie wewnętrzne. Po przebiciu ściany igłą naukowcy użyli pompy rowerowej - później sprężarki - do utrzymania wystarczającego ciśnienia, aby wprowadzić bakterie.
Po początkowym szoku „operacji” grzyby kontynuowały cykle życia i produkowały zarodniki, z których niektóre zawierały bakterie. Kiedy te zarodniki wyrosły, bakterie były również dostępne w komórkach nowej generacji grzybów. To pokazało, że nowa endosymbioza została przeniesiona na potomstwo - kluczowe odkrycie.
Jednak zarodniki bakteryjne były niskie. W mieszanej populacji zarodników (niektóre z bakteriami i niektórymi bez) zawarcie bakterii zniknęło po dwóch pokoleniach. Aby poprawić relacje, naukowcy wykorzystali sorter komórek fluorescencyjnych, aby wybrać zarodniki zawierające bakterie - oznaczone lśniącym białkiem - i rozprzestrzenili te zarodniki w przyszłych rundach reprodukcyjnych. Po dziesięciu pokoleniach zarodniki zawierające bakterie wybiegły prawie tak samo skutecznie jak te bez bakterii.
Podstawa tej adaptacji nie jest jasna. Sekwencjonowanie genomów zidentyfikowało niektóre mutacje związane z ulepszonym sukcesem kiełkowania w grzybie - plemię R. microsporus, o którym nie wiadomo, że nosi endosymbiony - i nie stwierdzono zmian w bakteriach.
Linia, która była najskuteczniej kiełkowana, wydawała się ograniczać liczbę bakterii w każdym zarodniku, mówi Gabriel Giger, coutor badania i mikrobiolog w Eth Zurych. „Istnieją możliwości dla tych dwóch partnerów, aby żyć lepiej i łatwiej. Jest to dla nas bardzo ważne”.
Naukowcy niewiele wiedzą o systemie odpornościowym grzybów. Ale Thomas Richards, biolog ewolucyjny z University of Oxford w Wielkiej Brytanii, zastanawia się, czy grzybowy układ odpornościowy zapobiega symbiozie - i czy mutacje w tym systemie mogą ułatwić relacje. „Jestem wielkim fanem tej pracy” - dodaje.
Eva Nowack, mikrobiolog z Heinrich Heine University Düsseldorf w Niemczech, był zaskoczony, jak szybkie dostosowanie symbiotycznego życia wydawały się stworzyć. W przyszłości chciałaby zobaczyć, co się stanie po jeszcze dłuższych okresach; Na przykład po ponad 1000 pokoleń.
Rozwój takich symbioz może prowadzić do stworzenia nowych organizmów o przydatnych właściwościach, takich jak zdolność do spożywania dwutlenku węgla lub azotu atmosferycznego, mówi Vorholt. „Taki jest pomysł: tworzenie nowych właściwości, których organizm nie ma, a w przeciwnym razie trudno byłoby wdrożyć”.