Как бактериите властват над тялото ви - микробиомът (февруари 2021)
Международен екип, включващ изследователи от Института по химическа екология "Макс Планк", е описал бактерия, открита във вид листен бръмбар, която има неочаквана черта: тя осигурява на бръмбара ензимите, необходими за разграждането на определени компоненти на растителните клетъчни стени. Бактериалният геном е най-малката последователност от всеки организъм, живеещ извън клетката гостоприемник. Съдържа гени, които са отговорни за производството на пектинази, ензими, които разграждат пектина, който е основен компонент на растителната клетъчна стена. Следователно производството на пектинази е основната функция на тези бактерии. Без бактериални симбионти бръмбарите не биха могли да получат достъп до хранителни вещества в растителните клетки и следователно няма да могат да оцелеят. Проучването се отчита днес в Cell.
"Нашето проучване се основава на хистологични описания и рисунки на симбиотични органи на бръмбари, публикувани за пръв път от германския зоолог Ханс-Юрген Стамер преди повече от 80 години. Искахме молекулярно да характеризираме необикновеното партньорство между листния бръмбар и неговите симбионти, описано от Стамер като рядка черта ", обяснява първият. автор Хасан Салем, бивш докторант в Института по химическа екология Макс Планк. В момента е докторант във Фондация „Александър фон Хумболт“ в Университета Емори в Атланта, Джорджия, САЩ.
Hans-Jürgen Stammer (1899-1968) изследва симбиотични партньорства между насекоми и бактерии през 20-те и трети години. Той открива, че листните бръмбари (Chrysomelidae) са известни с това, че не участват в симбиотични партньорства. Изследванията му обаче разкриват също, че има изключения от тази находка сред някои видове костенурки бръмбари, като бръмбар костенурка (Cassida rubiginosa). Тези костенурки са снабдени с необичайни органи, които той описва в изследване от 1936 г. Симбиотични бактерии се намират в резервоари, наподобяващи торба в червата на бръмбарите. Женските бръмбари предават симбионти през вагинални тръби на своите потомци, като използват малки каплети от симбионти върху всяко яйце. Излюпващите се ларви се хранят през черупката на яйцето и след това консумират каплети, съдържащи симбиотични бактерии.
Листните бръмбари са способни да разграждат компонентите на растителната клетъчна стена, като целулоза и пектин, като използват храносмилателни ензими. Генетичният анализ обаче показва, че на костенурката липсват гените, отговорни за производството на съответните ензими (пектинази). Ново проучване разкри, че този дефицит се компенсира от тясно партньорство с бактерията, която се намира в специални органи близо до саксията. За да разберат значението на бактериалните симбионти за бръмбара, авторите извършиха редица биологични тестове, някои от които бяха комбинирани с ензимни измервания. „Когато сравнихме ензимната активност при костенурки с костенурки със и без симбиотични бактерии, установихме, че бръмбарите без симбионти не са в състояние да усвоят пектина, за да получат достъп до хранителни вещества в клетката и в резултат на това шансовете им за оцеляване намаляват“, казва Рой Кирш от Института по химическа екология Макс Планк.
Генетичният анализ на симбиотичните бактерии, който учените представят като "Candidatus Stammera capleta" в настоящото изследване в чест на наблюденията на Stammer, разкри още една изненада: Геномът на микроорганизма е намален до само няколкостотин гена, включително някои гени, които регулират производството на пектиназа и транспорт. Съответно геномът е малък: съдържа само 270 000 базови двойки, бактериалният геном е най-малкият, описан някога за организъм, който съществува извън клетката гостоприемник. Бактериите на Escherichia coli имат 4, 6 милиона или 17 пъти повече базови двойки от бактериите, които живеят в червата на много животни, включително хората. Известно е, че само някои бактерии, които се намират в клетките на гостоприемника, имат по-малки геноми от символите на бръмбари.
Симбиозата между бръмбара и неговия симбиот се характеризира с ясно разделение на труда. "Развъдчикът на бръмбари има гените, отговорни за производството на целулази за смилане на целулоза, докато симбионтът осигурява пектинази, заедно те имат необходимите ензими за разграждане на растителната клетъчна стена, особено забележително е първото описание на специализиран бактериален симбионт с първичен или дори уникална функция за разграждане. пектин “, обобщава Хасан Салем.
Толкова много тревопасни животни съществуват днес, са резултат от адаптации, които са се развили с течение на времето. Микроорганизмите играят важна роля в много такива лечения. Костенурката бръмбар е впечатляващ пример. Без пектинази тя няма да има достъп до хранителни вещества вътре в растителната клетка. Производството на тези ензими е предоставено на външен доставчик на услуги: бактерия, която живее в специални органи близо до червата си.