Микробиология: Класна стая 2 - Видове микроорганизми (януари 2021 г.).

позволява

Международен екип, който включва изследователи от Института за химическа екология Макс Планк, е описал бактерия, която се намира в вид листен бръмбар, който има неочаквана характеристика: той осигурява на бръмбара ензимите, необходими за разграждането на някои компоненти на клетъчната стена на растението . Геномът на бактерията е най-малката последователност от всички живи организми извън клетката гостоприемник. Съдържа гени, които са отговорни за производството на пектинази, ензимите, които разграждат пектина, основен компонент на клетъчната стена на растението. Следователно производството на пектинази е основната функция на тези бактерии. Без бактериални симбионти бръмбарите не биха могли да получат достъп до хранителните вещества в растителните клетки и следователно не биха могли да оцелеят. Проучването беше съобщено днес в Cell.

"Основата на нашето изследване бяха хистологичните описания и рисунки на симбиотичните органи на бръмбара, които бяха публикувани за пръв път от германския зоолог Ханс-Юрген Стамер преди повече от 80 години. Искахме молекулярно да характеризираме изключителната връзка между бръмбар от листа и неговите симбиоти, описани от Stammer като рядка рядкост ", обяснява първият автор Хасан Салем, бивш докторант в Института по химическа екология Макс Планк. В момента е докторант на Феодор Линен във фондация „Александър фон Хумболт“ в Университета Емори в Атланта, Джорджия, САЩ.

Hans-Jürgen Stammer (1899-1968) изследва симбиотични асоциации между насекоми и бактерии през 20-те и 30-те години на ХХ век. Той открива, че листните бръмбари (Chrysomelidae) са известни с това, че не участват в симбиотични асоциации. Проучванията им обаче разкриват също, че има изключения от тази находка сред някои видове бръмбари костенурки, като бръмбар костенурка (Cassida rubiginosa). Тези бръмбари костенурки са снабдени с необичайни органи, които той описва в проучване от 1936 г. Симбиотичните бактерии се намират в торбести отлагания в червата на бръмбарите. Женските бръмбари прехвърлят симбионти през вагинални тръби към потомството си, като прилагат малка таблетка симбионт към всяко яйце. Ларвите се излюпват през черупката на яйцата и след това консумират капсулите, съдържащи симбиотичните бактерии.

Листните бръмбари са способни да разграждат компонентите на растителната клетъчна стена, като целулоза и пектин, с помощта на храносмилателни ензими. Генетичният анализ обаче показа, че на бръмбара от ястреб, който не отговаря на гените, които са отговорни за производството на съответните ензими (пектинази). Новото проучване разкрива, че този дефицит се компенсира от тясна връзка с бактерия, която се намира в специални органи близо до червата на бръмбара. За да разберат значението на бактериалните симбионти за бръмбара, авторите проведоха поредица биоанализи, някои от които в комбинация с ензимни измервания. „Когато сравнихме ензимната активност при костенурките бръмбари със и без симбиотични бактерии, открихме, че бръмбарите без симбионти не са в състояние да усвоят пектина за достъп до хранителни вещества в клетката и в резултат на това шансовете им за оцеляване намаляват“, казва Рой. Кирш от Институт по химическа екология Макс Планк.

Генетичният анализ на симбиотичните бактерии, който изследователите представят като "Candidatus Stammera capleta" в настоящото си проучване в чест на наблюденията на Stammer, разкри още една изненада: геномът на микроорганизма е редуциран до няколкостотин гена, включително някои гени, които регулират производството и транспорта на пектинази . Следователно геномът е малък: съдържа само

270 000 базови двойки, геномът на бактерията е най-малкият, описан някога за организъм, който съществува извън клетката гостоприемник. Бактериите Escherichia coli в сравнение с бактериите, които живеят в червата на много животни, включително хората, имат 4 600 000 или 17 пъти повече двойки основи. Известно е, че само някои бактерии, настанени в клетките на техните гостоприемници, имат по-малки геноми от симбиота на бръмбара.

Симбиозата между бръмбара и неговия симбиот се характеризира с ясно разделение на труда. "Гостоприемникът на бръмбари притежава гените, отговорни за производството на целулази за смилане на целулозата, докато симбионтът осигурява пектиназите. Заедно те имат ензимите, необходими за разграждането на растителната клетъчна стена. Особено забележителен е фактът, че това е първото описание на бактерията специалист по симбионти с основна или дори уникална роля, посветена на разграждането на пектина ", обобщава Хасан Салем.

Това, че днес съществуват много тревопасни животни, е резултат от адаптации, които са се развили с течение на времето. Всъщност микроорганизмите са изиграли важна роля в много от тези адаптации. Бръмбарът на костенурката е впечатляващ пример. Без пектинази няма да имате достъп до хранителните вещества в растителната клетка. Производството на тези ензими е възложено на доставчик на услуги: бактерия, която живее в специални органи близо до червата.

При много видове листни бръмбари гените, които активират храносмилателните ензими за разграждането на растителните клетъчни стени, произхождат от гъби и бактерии и са въведени в геномите на предците на бръмбарите чрез хоризонтален генен трансфер. "Увлекателно е, че насекомите са решили проблема как да разрушават растителните клетъчни стени по различен начин. Защо някои насекоми са придобили гени от микроби хоризонтално, докато други поддържат симбионти, за да вършат същата работа, е интересен въпрос, който остава. Отговорете в бъдещи проучвания", казва Мартин Калтенпот от университета в Майнц.