Bakterije v gobah dokazujejo o izvoru zapletenega življenja

Bakterije v gobah dokazujejo o izvoru zapletenega življenja

Znanstveniki, ki uporabljajo drobno votlo iglo in kolesarsko črpalko, so uspeli saditi bakterije v večjo celico. To ustvarja odnos, ki spominja na tiste, ki so sprožili razvoj zapletenega življenja.

Ta predstava, ki je bila 2. oktobra objavljena v reviji Nature, 1 bi lahko pomagala raziskovalcem, ki razumejo izvor več kot ene milijarde let.

endosimbionske odnose, v katerih mikrobakterijski partner živi harmonično v celicah drugega organizma, lahko najdemo v številnih življenjskih oblikah, vključno z žuželkami in glivami. Znanstveniki verjamejo, da so bile mitohondrije - organele, ki so odgovorne za proizvodnjo energije v celicah - ustvarjene kot bakterija, ki so jo našli zatočišče v predniku evkariontskih celic. Kloroplasti so bili ustvarjeni, ko je prednik rastlin zabeležil foto -intični mikroorganizem.

Določitev dejavnikov, ki so oblikovali in vzdrževali te povezave, je težka, ker so tako dolgo nazaj. Da bi se izognili tej težavi, je ekipa pod vodstvom mikrobiologa Julia Vorholt v zadnjih letih na Zveznem inštitutu za tehnologijo v Zürichu (ETH Zürich) razvila endosimbiotske odnose v laboratoriju. Vaš pristop uporablja igo 500-1000 nanometra široke nanometra za prebijanje gostiteljskih celic in nato posamično vstavi bakterijske celice.

Prvi poskusi pogosto niso uspeli; Eden od razlogov za to je bil, da je bil potencialni simbion prehitro deljen in je ubil svojega najemodajalca 2 . Ekipa je bila uspešnejša od naravne simbioze med nekaterimi plemeni glivičnega rastlinskega patogena Rhizopus microsporus in bakterijsko micetohabitansko Rhizoxinica, ki je okreval, kar proizvaja toksin, ki ščiti glivo pred predhodno

Uvedba bakterijskih celic v gobe je bila izziv, saj imajo debele celične stene, ki vzdržujejo visok notranji tlak. Potem ko je bila stena prebodena z iglo, so raziskovalci uporabili kolesarsko črpalko - kasneje kompresor -, da so ohranili dovolj pritiska za uvedbo bakterij.

Po začetnem šoku "operacije" so gobe nadaljevale svoje življenjske cikle in proizvajale spore, od katerih so nekatere vsebovale bakterije. Ko so te spore vzklile, so bile bakterije na voljo tudi v celicah naslednje generacije gliv. To je pokazalo, da je bila nova endosimbioza prenosljiva na potomce - ključna ugotovitev.

Vendar so bile bakterijske spore nizke. V mešani populaciji spor (nekatere z bakterijami in nekatere brez) so bakterije, ki vsebujejo bakterije, izginile po dveh generacijah. Da bi izboljšali odnose, so raziskovalci uporabili fluorescentno sorto celic, da so izbrali spore, ki so vsebovale bakterije - ki so bile označene s sijočim beljakovinam - in te spore samo razmnožujejo v prihodnjih reproduktivnih krogih. Po desetih generacijah so spore, ki vsebujejo bakterije, vzklile skoraj tako učinkovito kot tiste brez bakterij.

Osnova za to prilagoditev ni jasna. Sekvenciranje genoma je identificiralo nekatere mutacije, ki so bile povezane z izboljšanim uspehom kalitve v gobah - plemenu R. microsporja, za katerega ni znano, da nosi endosimbione - in v bakterijah ni našel sprememb.

Zdi se, da je linija, ki je bila najučinkoviteje kalitev, omejila število bakterij v vsaki spori, pravi Gabriel Giger, Co -jatotor študije in mikrobiolog v ETH Zurichu. "Obstajata priložnost, da ta dva partnerja živita bolje in lažje. To je za nas zelo pomembno."

Raziskovalci ne vedo veliko o imunskem sistemu gob. Toda Thomas Richards, evolucijski biolog z univerze v Oxfordu v Veliki Britaniji, se sprašuje, ali glivični imunski sistem preprečuje simbiozo - in ali mutacije v tem sistemu lahko olajšajo odnose. "Sem velik oboževalec tega dela," doda.

Eva Nowack, mikrobiologinja na univerzi Heinrich Heine Düsseldorf, Nemčija, je bila presenečena nad tem, kako hitro se zdi, da se prilagodi simbiotskega življenja. V prihodnosti bi rada videla, kaj se bo zgodilo po še daljših obdobjih; Na primer po več kot 1000 generacijah.

Razvoj takšnih simbioz bi lahko privedel do ustvarjanja novih organizmov s koristnimi lastnostmi, kot je sposobnost uživanja ogljikovega dioksida ali atmosferskega dušika, pravi Vorholt. "To je ideja: ustvariti nove lastnosti, ki jih organizem nima, in to bi bilo sicer težko izvesti."

>

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

   članek  

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

   članek Prenesite reference