Genetiske analyser viser, hvordan symbiotiske bakterier i termittarmen har ændret sig i løbet af evolutionen

Forskere ved Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology i Marburg, Tyskland, har analyseret den evolutionære udvikling af symbiotiske bakterier i termitters tarme med hensyn til deres metaboliske evner.

Resultaterne er nu offentliggjort i mBio , viser, at nogle stammer af bakterier faktisk allerede er begyndt på vejen fra at være gavnlige til at blive parasitter.

Ikke kun mennesker eller drøvtyggende kvæg har myriader af mikrober, der lever i deres tarme. Tarmene hos mange termitarter, som lever af nedbrydning af svært fordøjelige trækomponenter, er pakket med talrige encellede hjælpere, såkaldte flagellater. Disse er igen koloniseret af bakterier. De bakterielle endosymbionter lever i eller på de eukaryote flagellater og forsyner dem med næringsstoffer i termittarmen.

Et team ledet af Marburg Max Planck-forskeren Andreas Brune ønsker at få en bedre forståelse af detaljerne i samlivet og frem for alt bakteriernes globalt vigtige metaboliske ydeevne. Dette skyldes, at termitmikrobers bidrag til den globale metanbalance ikke er ubetydeligt. Ydermere har de mikrobielle symbionters evne til at omdanne trækomponenter til potentielt værdifulde byggesten også tiltrukket forskeres interesse i årevis.

Endomicrobia:En glimrende case for evolutionære undersøgelser

I deres seneste undersøgelse undersøgte Andreas Brunes team, hvordan partnerskabet mellem flagellater og bakterier opstod, og hvordan bakteriernes metaboliske ydeevne er korreleret med denne evolutionære udvikling. Denne tilgang er normalt begrænset af, at der ikke længere er nogen nære slægtninge, der lever uafhængigt uden for værtscellerne. I dette tilfælde var forskerne heldige:en gruppe bakterier kaldet Endomicrobia indeholder både fritlevende former og endosymbionter af flagellaterne.

Forskerne analyserede den genetiske information om bakteriestammer forbundet med forskellige termitter ved hjælp af metagenom-sekventering. "Da vi så på resultaterne, indså vi, at Endomicrobia-bakterierne, der beboer flagellaterne, havde mistet mange gener over tid," forklarer Undine Mies, der er ph.d. elev i gruppen. Dette tab blev dog kompenseret for ved erhvervelse af nye funktioner gennem overførsel af gener fra andre tarmbakterier.

Horisontal genoverførsel giver nye metaboliske evner

"Ved at modtage gener fra andre bakterier i deres miljø, var bakterierne bedre i stand til at ændre deres stofskifte til at udnytte andre energiforsyninger såsom sukkerfosfater," siger Mies. "Dette resultat understreger, hvor vigtig denne horisontale genoverførsel er for sam-evolution af organismer."

Dataene viser også, hvordan der i løbet af denne udvikling skete et skift i energimetabolismen fra glucose til sukkerfosfater og til sidst et fuldstændigt tab af evnen til at nedbryde sukker.

I stedet fik bakterierne en transportmekanisme til optagelse af energirige forbindelser (ATP/ADP-antiportere) fra værtsmiljøet, som det er typisk for parasitære bakterier. "Tabet af næsten alle biosyntetiske evner i nogle endomikrobielle afstamninger og erhvervelsen af ​​transportøren indikerer, at det oprindeligt gensidigt gavnlige forhold mellem bakterierne og de tarm-boende flagellater kan være i tilbagegang," forklarer Brune.

"I et næste trin ønsker vi nu at undersøge, i hvilket omfang de endomikrobielle symbionters oprindelige opgaver bliver erstattet af andre, sekundære symbionter. Dette vil bidrage til den generelle forståelse af, hvordan naturen undgår blindgyder i udviklingen af ​​symbioser. "

Flere oplysninger: Undine S. Mies et al., Genomreduktion og horisontal genoverførsel i udviklingen af ​​endomikrobi – stigning og fald af en intracellulær symbiose med termit-tarm-flagellater, mBio (2024). DOI:10.1128/mbio.00826-24

Journaloplysninger: mBio

Leveret af Max Planck Society