Cum stăpânesc bacteriile asupra corpului tău - Microbiomul (februarie 2021)

rezidentul

O echipă internațională, inclusiv cercetători de la Institutul Max Planck pentru Ecologie Chimică, a descris o bacterie găsită într-o specie de gândac de frunze care are o trăsătură neașteptată: furnizează gândacului enzimele necesare pentru descompunerea anumitor componente ale pereților celulelor vegetale. Genomul bacterian este cea mai mică secvențiere a oricărui organism care trăiește în afara celulei gazdă. Conține gene responsabile de producerea pectinazelor, enzime care descompun pectina, care este o componentă esențială a peretelui celular al plantei. Producția de pectinaze este, prin urmare, o funcție primară a acestor bacterii. Fără simbionți bacterieni, gândacii nu ar putea avea acces la nutrienți în interiorul celulelor vegetale și, prin urmare, nu ar putea supraviețui. Studiul este raportat astăzi în Cell.

„Studiul nostru s-a bazat pe descrieri histologice și desene ale organelor simbiotice ale gândacului, publicate pentru prima dată de zoologul german Hans-Jürgen Stammer cu mai bine de 80 de ani în urmă. Am vrut să caracterizăm molecular parteneriatul extraordinar dintre gândacul de frunze și simbionții săi descriși de Stammer ca un trăsătură rară ", explică primul. autorul Hassan Salem, fost doctorand la Institutul Max Planck pentru Ecologie Chimică. În prezent, este postdoctoral la Fundația Alexander von Humboldt de la Universitatea Emory din Atlanta, Georgia, SUA.

Hans-Jürgen Stammer (1899-1968) a studiat parteneriatele simbiotice dintre insecte și bacterii în anii 1920 și treimi. El a descoperit că gândacii de frunze (Chrysomelidae) sunt renumiți pentru că nu participă la parteneriate simbiotice. Cu toate acestea, studiile sale au relevat, de asemenea, că există excepții de la această constatare în rândul anumitor specii de broaște țestoase, cum ar fi gândacul țestoasă (Cassida rubiginosa). Aceste broaște țestoase sunt echipate cu organe neobișnuite, pe care le-a descris într-un studiu din 1936. Bacteriile simbiotice se găsesc în tancuri care seamănă cu o pungă în intestinele gândacilor. Gândacii feminini transmit simbionți prin tuburile vaginale către descendenții lor folosind o mică capsulă simbiontă pe fiecare ou. Larvele eclozante mănâncă prin coajă de ou și apoi consumă capsule care conțin bacterii simbiotice.

Gândacii de frunze sunt capabili să descompună componentele peretelui celular al plantelor, cum ar fi celuloza și pectina, folosind enzime digestive. Cu toate acestea, analiza genetică a arătat că gândacului țestoasă îi lipsește genele responsabile de producerea enzimelor relevante (pectinaze). Un nou studiu a arătat că această deficiență este compensată de un parteneriat strâns cu bacteria, care se găsește în organele speciale din apropierea vasului. Pentru a înțelege importanța simbionților bacterieni pentru gândac, autorii au efectuat o serie de teste biologice, dintre care unele au fost combinate cu măsurători enzimatice. „Când am comparat activitatea enzimatică la broaște țestoase cu broaște țestoase cu și fără bacterii simbiotice, am constatat că gândacii fără simbionți nu au putut digera pectina pentru a avea acces la substanțele nutritive din celulă și, ca urmare, șansele lor de supraviețuire au scăzut”, spune Roy Kirsch.de la Institutul Max Planck pentru Ecologie Chimică.

Analiza genetică a bacteriilor simbiotice, pe care oamenii de știință o prezintă drept „Candidatus Stammera capleta” în studiul actual, în onoarea observațiilor lui Stammer, a relevat o altă surpriză: genomul microorganismului este redus la doar câteva sute de gene, inclusiv unele gene care reglementează producția de pectinază. și transport. În consecință, genomul este mic: conținând doar 270.000 de perechi de baze, genomul bacterian este cel mai mic descris vreodată pentru un organism care există în afara celulei gazdă. Bacteriile Escherichia coli au de 4, 6 milioane sau de 17 ori mai multe perechi de baze decât bacteriile care trăiesc în interiorul intestinelor multor animale, inclusiv ale oamenilor. Se știe că doar unele bacterii care se află în interiorul celulelor gazdă au genomi mai mici decât simbolurile gândacului.

Simbioza dintre gândac și simbiotul său se caracterizează printr-o diviziune clară a muncii. „Crescătorul de gândaci are genele responsabile de producerea celulazelor pentru digestia celulozei, în timp ce simbiontul furnizează pectinaze, împreună au enzimele necesare pentru descompunerea peretelui celular al plantei, în special remarcabilă este prima descriere a unui simbiont bacterian specializat cu primar sau chiar funcție de degradare unică. pectină ", rezumă Hassan Salem.

Atât de multe animale erbivore există astăzi sunt rezultatul adaptărilor care au evoluat în timp. Microorganismele au jucat un rol important în multe astfel de tratamente. Broasca țestoasă este un exemplu impresionant. Fără pectinaze, nu ar avea acces la nutrienți în interiorul celulei plantei. Producerea acestor enzime a fost asigurată unui furnizor extern de servicii: o bacterie care trăiește în organe speciale lângă intestinul său.