Hogyan uralkodnak a baktériumok a test felett - A mikrobióm (2021. február)

lehetővé

Nemzetközi csapat, a Max Planck Kémiai Ökológiai Intézet kutatóival együtt, leírta egy olyan levélbogár-típusban található baktériumot, amelynek váratlan tulajdonságai vannak: ellátja a bogarat a növényi sejtfalak bizonyos összetevőinek lebontásához szükséges enzimekkel. A bakteriális genom a gazdasejten kívül élő organizmusok legkisebb szekvenciája. Géneket tartalmaz, amelyek felelősek a pektinázok termeléséért, olyan enzimek, amelyek lebontják a pektint, amely a növény sejtfalának elengedhetetlen alkotóeleme. A pektinázok termelése tehát e baktériumok elsődleges feladata. Baktériumos szimbiontusok nélkül a bogarak nem juthatnak hozzá a növényi sejtekben található tápanyagokhoz, ezért nem képesek túlélni. A tanulmányról ma a Cell számol be.

"Vizsgálatunk a bogárszimbiotikus szervek szövettani leírásain és rajzain alapult, amelyeket először Hans-Jürgen Stammer német zoológus publikált több mint 80 évvel ezelőtt. Szerettük volna molekulárisan jellemezni a levélbogár és annak szimbiontusai közötti rendkívüli partnerséget, amelyet a Stammer ritka tulajdonság "- magyarázza az elsõ. Hassan Salem, a Max Planck Kémiai Ökológiai Intézet volt PhD hallgatója. Jelenleg az atlantai (Georgia, USA) Emory Egyetem Alexander von Humboldt Alapítványának posztdoktori munkatársa.

Hans-Jürgen Stammer (1899-1968) a rovarok és baktériumok közötti szimbiotikus partnerségeket tanulmányozta az 1920-as években és harmadukban. Megállapította, hogy a levélbogarak (Chrysomelidae) köztudottan nem vesznek részt szimbiotikus partnerségekben. Tanulmányai azonban azt is feltárták, hogy a bogár teknősök bizonyos fajai, például a teknősbogár (Cassida rubiginosa) között vannak kivételek. Ezeket a teknősöket szokatlan szervekkel látták el, amelyeket egy 1936-os tanulmányában ismertetett. Szimbiotikus baktériumok a bogarak belében lévő zsákra emlékeztető tartályokban találhatók. A nőstény bogarak a szimbiontusokat hüvelyi csöveken keresztül továbbítják utódaikhoz, minden egyes tojáson egy kis symbiont kapszula segítségével. A kikelt lárvák a tojás palástján keresztül esznek, majd szimbiotikus baktériumokat tartalmazó kapletokat fogyasztanak.

A levélbogarak emésztőenzimek segítségével képesek lebontani a növényi sejtfal összetevőit, például a cellulózot és a pektint. A genetikai elemzés azonban kimutatta, hogy a teknősbogárnak hiányoznak a releváns enzimek (pektinázok) termeléséért felelős gének. Egy új tanulmány kimutatta, hogy ezt a hiányt kompenzálja a baktériummal való szoros partnerség, amely a fazékhoz közeli speciális szervekben található meg. Annak érdekében, hogy megértsék a baktériumok szimbiontusainak jelentőségét a bogár számára, a szerzők számos biológiai vizsgálatot végeztek, amelyek közül néhányat enzimatikus mérésekkel kombináltak. "Amikor összehasonlítottuk a teknősök enzimaktivitását a szimbiotikus baktériumokkal rendelkező és a szimbiotikus baktériumok nélküli teknősöknél, azt találtuk, hogy a szimbiont nélküli bogarak nem voltak képesek megemészteni a pektint, hogy hozzáférjenek a sejt tápanyagaihoz, és ennek következtében a túlélési esélyeik csökkentek, "mondja Roy Kirsch., a Max Planck Kémiai Ökológiai Intézet munkatársa.

A szimbiotikus baktériumok genetikai elemzése, amelyet a tudósok a jelenlegi tanulmányban Stammer megfigyelései tiszteletére "Candidatus Stammera capleta" néven mutatnak be, újabb meglepetést tárt fel: A mikroorganizmus genomja csak néhány száz génre redukálódik, köztük néhány gén, amely szabályozza a pektináz termelést és a szállítás. Ennek megfelelően a genom kicsi: csak 270 000 bázispárt tartalmaz, a bakteriális genom a valaha volt legkisebb a gazdasejten kívül létező organizmus esetében. Az Escherichia coli baktériumok 4, 6 millió vagy 17-szer több bázispárral rendelkeznek, mint a baktériumok, amelyek sok állat belében élnek, beleértve az embert is. Csak néhány, a gazdasejtben található baktériumról ismert, hogy kisebb a genomja, mint a bogár szimbólumainak.

A bogár és szimbiótája közötti szimbiózist egyértelmű munkamegosztás jellemzi. "A bogártenyésztő génjei felelősek a cellulázok előállításáért a cellulóz emésztéséért, míg a symbiont biztosítja a pektinázokat, és együtt rendelkeznek a növény sejtfalának lebontásához szükséges enzimekkel, különösen figyelemre méltó egy speciális baktériumszimbiont első leírása primer vagy akár egyedülálló lebontási funkció, pektin ”- összegzi Hassan Salem.

Annyi növényevő állat létezik manapság, amely az idők során kialakult alkalmazkodások eredménye. A mikroorganizmusok számos ilyen kezelésben fontos szerepet játszottak. A bogár teknős lenyűgöző példa. Pektinázok nélkül nem jutna hozzá a tápanyagokhoz a növényi sejt belsejében. Ezeknek az enzimeknek a termelését egy külső szolgáltató látta el: egy baktérium, amely a bél közelében található speciális szervekben él.