Bakterier i svamp ger bevis på ursprunget till komplexa liv
Bakterier i svamp ger bevis på ursprunget till komplexa liv
Forskare som använder en liten ihålig nål och en cykelpump har lyckats plantera bakterier i en större cell. Detta skapar en relation som liknar de som har initierat utvecklingen av komplexa liv.
Den här föreställningen, som publicerades i tidskriften Nature den 2 oktober, 1 kan hjälpa forskare som förstår ursprunget till mer än en mer än en miljarder år till framstegen i specialiserade organeller som är sådana som sådana som mitokonder och chlorerade.
endosymbioniska förhållanden där en mikrobakteriell partner lever harmoniskt i cellerna i en annan organisme finns i många former av liv, inklusive insekter och svampar. Forskare tror att mitokondrier - de organeller som är ansvariga för energiproduktion i celler - skapades som en bakterie som hittades tillflykt hos en förfader till de eukaryota cellerna. Kloroplaster skapades när förfäder till växterna registrerade en foto -syntisk mikroorganism.
Bestämningen av de faktorer som har bildat och underhållit dessa förbindelser är svårt eftersom de är så länge sedan. För att undvika detta problem har ett team under ledning av mikrobiologen Julia Vorholt utvecklat endosymbiotiska relationer i laboratoriet under de senaste åren vid Federal Institute of Technology i Zürich (Eth Zürich). Din metod använder en 500-1000 nanometer bred nål för att tränga in värdceller och sedan infoga bakterieceller individuellt.
De första försöken misslyckades ofta; En anledning till detta var att den potentiella symbionen delades för snabbt och dödade sin hyresvärd 2 . Teamet var mer framgångsrikt än en naturlig symbios mellan vissa stammar av svampväxten patogen rhizopus microsporus och bakterien mycetohabitans rhizoxinica återhämtade sig som producerar ett toxin som skyddar svampen från predate
Införandet av bakterieceller i svampen var emellertid en utmaning eftersom de har tjocka cellväggar som upprätthåller ett högt inre tryck. Efter att väggen var genomborrad med nålen använde forskarna en cykelpump - senare en kompressor - för att upprätthålla tillräckligt med tryck för att införa bakterierna.
Efter den första chocken från "operationen" fortsatte svampen sina livscykler och producerade sporer, av vilka några innehöll bakterier. När dessa sporer grodde var bakterier också tillgängliga i cellerna i nästa generation av svampar. Detta visade att den nya endosymbiosen var överförbar till avkomman - ett avgörande fynd.
Men bakteriesporerna var låga. I en blandad befolkning av sporer (vissa med bakterier och några utan) försvann bakterierna -innehållande efter två generationer. För att förbättra relationerna använde forskarna en fluorescerande cellsorterare för att välja sporer som innehöll bakterier - som hade markerats med ett lysande protein - och förökade bara dessa sporer i framtida reproduktionsrundor. Efter tio generationer grodde de bakterier som innehåller sporer nästan lika effektivt som de utan bakterier.
Grunden för denna anpassning är inte klar. Genomsekvensering identifierade vissa mutationer som var förknippade med den förbättrade spiringsframgången i svampen - en stam av R. microsporus, som inte är känd för att bära endosymbioner - och fann inga förändringar i bakterierna.
Linjen som mest effektivt grodde verkade begränsa antalet bakterier i varje spore, säger Gabriel Giger, medförfattare till studien och mikrobiologen vid ETH Zürich. "Det finns möjligheter för dessa två partners att leva bättre och enklare. Detta är något som är mycket viktigt för oss."
Forskarna vet inte så mycket om svampens immunsystem. Men Thomas Richards, evolutionär biolog vid University of Oxford, Storbritannien, undrar om ett svampimmunsystem förhindrar symbiosen - och om mutationer i detta system kan underlätta relationer. "Jag är ett stort fan av detta arbete," tillägger han.
Eva Nowack, mikrobiolog vid Heinrich Heine University Düsseldorf, Tyskland, blev förvånad över hur snabbt justeringar av det symbiotiska livet tycktes skapas. I framtiden skulle hon vilja se vad som kommer att hända efter ännu längre perioder; Till exempel efter mer än 1 000 generationer.
Utvecklingen av sådana symbios kan leda till skapandet av nya organismer med användbara egenskaper, såsom förmågan att konsumera koldioxid eller atmosfärisk kväve, säger Vorholt. "Detta är idén: att skapa nya egenskaper som en organisme inte har och som annars skulle vara svårt att genomföra."
-
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).