Биолози създават симбиотична система, която подсказва как преди милиард години може да са се появили клетъчни функции като митохондрии и хлоропласти.
С помощта на миниатюрна куха игла - и помпа за велосипед - учени са успели да имплантират бактерии в по-голяма клетка, създавайки връзка, подобна на тази, която е предизвикала еволюцията на сложния живот.
Описаното в Nature може да помогне на изследователите да разберат произхода на връзките, които са довели до появата на специализирани органели, наречени митохондрии и хлоропласти, преди повече от един милиард години.
Ендосимбиотичните взаимоотношения - при които микробен партньор живее хармонично в клетките на друг организъм - се срещат при множество форми на живот, включително насекоми и гъби. Учените смятат, че митохондриите - органелите, които отговарят за производството на енергия в клетките, са се развили, когато бактерия се е настанила в предшественика на еукариотните клетки. Хлоропластите са се появили, когато прародителят на растенията е погълнал фотосинтезиращ микроорганизъм.
Определянето на факторите, които са формирали и поддържали тези обединения, е трудно, тъй като те са възникнали много отдавна. За да заобиколи този проблем, екип, ръководен от микробиолога Джулия Ворхолт (Julia Vorholt) от Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих (ETH Zurich), прекарва последните няколко години в проектиране на ендосимбиози в лаборатория. Техният подход използва игла с диаметър 500-1000 нанометра, за да пробие клетките на гостоприемника и след това да достави бактериални клетки една по една.
Rhizopus sp - спорангиум, освобождаващ спори. Кредит: George Shepherd / Flickr (CC BY-NC-SA 2.0)
Предизвикване на симбиоза
Дори и с това техническо майсторство, първоначалните комбинации обикновено се провалят, например защото потенциалният симбионт се разделя твърде бързо и убива своя гостоприемник. Късметът на екипа се обръща, когато пресъздават естествена симбиоза, която се среща между някои щамове на гъбичен растителен патоген Rhizopus microsporus и бактерията Mycetohabitans rhizoxinica, която произвежда токсин, предпазващ гъбата от хищници.
И все пак доставянето на бактериални клетки в гъбичките, които имат дебели клетъчни стени, поддържащи високо вътрешно налягане, е трудно. След като пробиват стената с иглата, изследователите използват велосипедна помпа, а по-късно и въздушен компресор, за да поддържат достатъчно налягане, за да доставят бактериите.
След като преодоляват първоначалния шок от операцията, гъбите продължават жизнения си цикъл и произвеждат спори, част от които съдържат бактерии. Когато тези спори покълнали, бактериите се появили и в клетките на следващото поколение гъби. Това показва, че новата ендосимбиоза може да се предаде на потомството - едно важно откритие.
Изчезващи бактерии
Успехът на покълване на съдържащите бактерии спори обаче е бил незначителен. В смесена популация от спори (някои с бактерии, а други без), тези с бактерии изчезват след две поколения. За да проверят дали връзката може да бъде подобрена, изследователите използват флуоресцентен клетъчен сортировчик, за да изберат спори, съдържащи бактерии, които са маркирани със светещ протеин, и размножават само тези спори в бъдещите цикли на размножаване. До десет поколения спорите, съдържащи бактерии, покълват почти толкова ефективно, колкото и тези без бактерии.
Основата на тази адаптация не е ясна. При секвенирането на генома са установени няколко мутации, свързани с подобрения успех на покълването при гъбичката - щам на R. microsporus, за който не е известно да носи ендосимбионти по естествен път - и не са открити промени при бактериите.
Линията, която покълва най-ефективно, има тенденцията да ограничава броя на бактериите във всяка спора, разказва съавторът на изследването Габриел Гигер (Gabriel Giger), микробиолог в ETH Цюрих. -Има начини тези двама партньори да направят своя съвместен живот по-добър и по-лесен. Това е нещо, което е наистина важно да разберем."
Въможно е имунната система на гъбите да пречи на симбиозата, но мутациите на тази система биха могли да облекчат отношенията.
Изглежда адаптациите към симбиотичния живот еволюират бързо. Интересно е да се види какво се случва след още по-дълги периоди от време, например повече от 1000 поколения.
Инженерингът на такива симбиози може да доведе до разработването на нови организми с полезни свойства, като например способността да консумират въглероден диоксид или атмосферен азот, посочва Ворхолт. Това е идеята: да се внесат нови черти, които организмът не притежава и които биха били трудни за прилагане по друг начин."
Справка:
-
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).
Източник: Is this how complex life evolved? Experiment that put bacteria inside fungi offers clues, Nature, doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-03224-5
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари