Team udgiver forskning om usædvanlig genudvikling i bakterier

Forskere fra University of Montana har gjort endnu en opdagelse på celleniveau for at hjælpe med at forstå de grundlæggende processer i alt liv på vores planet - denne gang inden for de usædvanlige bakterier, der har levet inde i cikadinsekter, siden dinosaurerne strejfede rundt på Jorden.

I løbet af de sidste 70 millioner år, bakterierne gennemgik ekstreme tilpasninger til at leve i insekternes kroppe, mister mellem anslået 95 til 97 procent af deres gener og resulterer i nogle af de mindste genomer, som nogen organismer kender. I processen, de mistede evnen til at leve hvor som helst uden for cikader.

"Cicadas symbiotiske komplekser er meget forskellige fra enhver anden kendt organisme, " sagde Matt Campbell, en UM kandidatstuderende, der studerer cikader i UM biologi lektor John McCutcheons laboratorium, med base i Afdelingen for Biologiske Videnskaber.

Mange insekter lever i meget tætte forbindelser med gavnlige, eller "symbiotisk, " bakterier. Disse bakterielle symbioser er kritisk vigtige for insekter, der kun indtager én type mad, der mangler nogle essentielle næringsstoffer. Eksempler omfatter blodfødende lus samt insekter, der lever af plantesaft - bladlus, bladhoppere og cikader.

UM-forskningen har vist, at cikadernes symbiotiske bakterier producerer aminosyrer og vitaminer, som deres insektværter har brug for for at vokse og formere sig. I løbet af tre feltsæsoner studerede en sydamerikansk cikade UM postdoc-forsker Piotr Lukasik fandt ud af, at mange af artens enkelte symbiotiske bakterier udviklede sig til komplekser af flere forskellige typer af bakterier i den samme cikade.

"Gennem den proces, individuelle bakterier har mistet mange gener og er nu afhængige af hinanden, fordi hver type indeholder unikke, essentielle gener, " sagde Lukasik. "De forskellige typer skal alle arbejde sammen for at give de aminosyrer og vitaminer, som deres cikadevært har brug for."

En anden art af cikader, beliggende i det østlige USA, indeholder snesevis af små, hurtigt udviklende bakterietyper. Individuelle typer indeholder typisk få genkendelige gener og er fordelt mellem forskellige cellulære rum i en cikade på en måde, der ikke er fuldt ud forstået.

"Cikader er vært for symbiotiske komplekser i stedet for et enkelt, velopdragne bakterier, hvilket kunne være en udfordring for arten, sagde Lukasik. når du har brug for et måltid - uanset om det er et vitamin, der kræves af en cikade eller en pizza, som en sulten studerende har lyst til - er det lettere at få det fra en enkelt kilde i stedet for at samle det fra flere forskellige kilder."

Forskerne mener, at denne udvikling af bakterie skete ved et tilfælde, og på trods af ikke at være hjælpsom for cikaden, de mikroskopiske væsner skal blive i lang tid, fordi cikaden nu kræver, at de overlever.

"Ja, cikaderne med den længste livscyklus er også dem med de skøreste bakterielle symbionter, " sagde Lukasik.

Forskningen blev for nylig offentliggjort i Aktuel biologi artiklen "Idiosynkratisk genomnedbrydning i en bakteriel endosymbiont af periodiske cikader, " såvel som i undersøgelsen "Multiple Origins of Interdependent Endosymbiotic Complexes in a Genus of Cicadas" i det seneste nummer af Proceedings of the National Academy of Sciences af Amerikas Forenede Stater.