Конечный результат: бактерии получают удобный дом для мучнистого червеца, а клопы получают необходимое для жизни питание.Микробиолог из Университета Монтаны Джон Маккатчен описывает такие взаимовыгодные отношения, используемые для решения небольших жизненных проблем, как «до смешного сложные. Но отношения между животными и бактериями чрезвычайно распространены в природе, и моя цель в жизни — помочь людям понять, что это нормально».Маккатчеон и его партнеры по исследованию недавно углубились в гены, участвующие в «трехстороннем симбиозе вложенного мучнистого червеца», и их работа была опубликована в выпуске научного журнала Cell от 20 июня.
Исследователи обнаружили, что и без того сложный трехсторонний симбиоз на самом деле зависит от генов шести разных организмов — на три больше, чем количество видов, существующих в настоящее время в симбиозе.Tremblaya princeps — более крупный из двух видов бактерий, обитающих в особых органах мучнистого червеца. В цитоплазме Тремблая обитает более мелкий вид бактерий, Moranella endobia.
Но что делает Тремблайю по-настоящему странной, так это размер ее генома или генетического кода. Его геном, состоящий всего из 120 генов, является самым маленьким из известных и меньше, чем многие ученые считают необходимым для жизни. Для сравнения: обычные бактерии E. coli имеют около 4200 генов, а люди — около 21000.
«Мы хотели выяснить, почему этот геном стал таким маленьким», — сказал Маккатчеон. «Мы подозревали, что геном Тремблайи, возможно, стал меньше из-за передачи генов животному-хозяину, что называется горизонтальным переносом».Исследователи искали гены в геноме мучнистого червеца, которые напоминают гены бактерий.
Однако после тщательного анализа они обнаружили только одну слабую возможность горизонтального переноса из Тремблая.«Наша гипотеза о том, что Тремблая передавала гены хозяину, была совершенно неверной», — сказал Маккатчеон. Однако они обнаружили 22 других бактериальных гена, смешанных с кодом мучнистого червеца — гены, которые, по-видимому, поддерживают деятельность, отсутствующую у Tremblaya, Moranella и мучнистого червеца.
Как это может быть?«Гены, вероятно, произошли от исторических бактериальных инфекций», — сказал Маккатчеон. «Этих бактерий больше нет в мучнистых червецах, с которыми мы работаем, но есть их горизонтально перенесенные гены, и эти гены позволяют работать симбиозу».
Исследовательская группа также изучила штамм Tremblaya, внутри которого не живет Moranella. Этот сорт включает примерно на 50 генов больше, чем тот, который содержит Moranella, что убедительно свидетельствует о том, что Moranella играет ключевую роль в том, что тремблая, обитающая в насекомых, может работать с таким крошечным геномом.Маккатчеон сказал, что Tremblaya с ее сокращающимся геномом во многом напоминает органеллы, называемые митохондриями — крошечные структуры, обнаруженные во всех клетках растений и животных, которые, по мнению ученых, зародились как симбиотические бактерии в ранней истории жизни. Отношения мучнистого червеца / бактерии, которые он изучает, могут служить иллюстрацией одного пути, по которому бактерии становятся важными и высоко интегрированными компонентами других клеток.
«Итак, это исследование действительно затрагивает некоторые фундаментальные вопросы происхождения жизни», — сказал он. «Приятно видеть, сможем ли мы получить некоторое представление о происхождении органелл».Маккатчен сказал, что в этом исследовании приняли участие 12 сотрудников из разных стран. Филип Хусник, ведущий автор исследования, чешский докторант Южночешского университета, работавший в лаборатории Университета Маккатчеона. Другие члены команды были из Японии, Англии, Калифорнии, Юты и Флориды.
Исследование финансировалось за счет гранта в размере 529 000 долларов США от Национального научного фонда.«Наша работа показывает, как взаимодействие животного с бактериями может управлять скрытой сложностью организма», — сказал Маккатчеон. «Дерево — это больше, чем дерево, а животное — больше, чем животное.
На самом деле они представляют собой мозаику растений, животных и бактерий, работающих вместе».