Пекин, 8 октября 2024 года — Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, демонстрирует успешное внедрение бактерий в грибы, что может пролить свет на происхождение сложной жизни на Земле. Учёные из Института ядерной физики Саха в Калькутте, Индия, использовали микроскопическую полую иглу и велосипедный насос для внедрения бактерий в клетки грибов, создавая отношения, подобные тем, которые привели к эволюции органелл — митохондрий и хлоропластов — более миллиарда лет назад.
Научное сообщество давно придерживается мнения, что многие формы жизни, такие как насекомые и грибы, находятся в состоянии эндосимбиоза, где один микроорганизм гармонично сосуществует внутри клетки другого организма. Например, когда бактерии жили в предках эукариотических клеток, эволюционировали митохондрии, отвечающие за производство энергии. Аналогично, при поглощении фотосинтезирующих микроорганизмов предками растений появились хлоропласты.
Исследователи из Швейцарского федерального института технологий в Цюрихе и других организаций использовали наноскопическую иглу для прокола клеточных стенок хозяина и доставки по одной бактерии за раз. После множества попыток команда смогла внедрить бактерии рода Rhizobium* в гриб Saprolegnia**, что привело к выработке токсинов, защищающих гриб от «хищников», и установлению естественного симбиотического отношения.
Благодаря толстой клеточной стенке Saprolegnia, поддерживающей высокое внутреннее давление, учёные использовали велосипедный насос и компрессор воздуха для создания достаточного давления при проколе клеточной стенки. Это позволило успешно доставить Rhizobium в клетки гриба. После этого Saprolegnia продолжала свой жизненный цикл и образовывала споры, содержащие Rhizobium. При прорастании спор Rhizobium передаются в клетки нового поколения грибов, подтверждая возможность наследования новой симбиотической связи.
Однако эффективность прорастания спор с бактериями была низкой. В смеси спор те, что содержали Rhizobium, исчезли после двух поколений. Исследователи применили флуоресцентный сортировщик клеток для отбора спор, содержащих Rhizobium, и продолжали размножение только этих спор. После десяти поколений вероятность успешного прорастания спор с бактериями значительно возросла. Геномное секвенирование выявило мутации, связанные с повышенной успешностью прорастания.
Учёные отмечают, что на основе этого исследования можно будет в будущем выращивать новые виды организмов, способные поглощать углекислый газ или атмосферный азот, что может иметь значительные экологические и биотехнологические приложения.
_________________
* Rhizobium(лат.) — род бактерий, известных своей способностью к фиксации азота в симбиозе с корнями бобовых растений. Эти бактерии образуют узелки на корнях растений, где преобразуют атмосферный азот в форму, доступную для растения, способствуя его росту.
**Saprolegnia(лат.) — род водорослей из группы оомицетов (водорослевидных грибов). Эти организмы часто обитают в пресных водоёмах и известны как патогены для рыб и других водных организмов.