Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета, Зоологического института РАН, а также их коллеги из университетов Пизы, Павии, Хельсинки описали новую бактерию, которая живет внутри инфузории. Геном этой бактерии сильно уменьшился из-за жизни внутри клетки-хозяина, став самым маленьким из известных для микроорганизмов-симбионтов инфузорий. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
В клетках всех эукариотических организмов (животных, растений, грибов, водорослей и других) имеются особые органы — митохондрии, которые выполняют там важную роль: синтезируют молекулы АТФ, обеспечивая клетку энергией, необходимой для жизненных процессов. У митохондрий есть собственный геном и способность самостоятельно синтезировать белки, ведь когда-то они были самостоятельными бактериями, вступившими на заре эволюции эукариот с ними в симбиоз. Судя по их генам, ближайшими родственниками митохондрий являются альфапротеобактерии. Описанная биологами новая бактерия, живущая внутри инфузорий, тоже относится к альфапротеобактериям, то есть она приходится дальним родственником митохондриям. В качестве хозяина эта бактерия выбрала инфузорию Paramecium polycaryum — близкого родственника инфузории-туфельки.
Для обозначения бактерий, штаммы которых еще не были культивированы в лабораторных условиях, микробиологи используют термин слово Candidatus, которое ставят перед названием рода и вида. «К таким микроорганизмам относятся и бактерии порядка Holosporales, которые стали облигатными паразитами эукариотических клеток. Это означает, что они выживают только внутри хозяина. Паразитируя на нем, такие бактерии могут терять отдельные функции и даже целые метаболические пути, что можно обнаружить, прочитав их геном», — поясняет руководитель проекта по гранту РНФ профессор кафедры микробиологии СПбГУ Алексей Потехин.
В одном из предыдущих исследований биологи описали две новых бактерии, живущих внутри инфузорий. Оба таких симбионта, Candidatus Bealeia paramacronuclearis и Candidatus Fokinia cryptica, по традиционной номенклатуре должны были принадлежать к группе риккетсий. Однако данные о генетике этих организмов позволили ученым по-новому взглянуть на систематику бактерий, разграничив риккетсии «в строгом смысле этого слова» и порядок Holosporales.
В новой работе исследователи описали еще одну бактерию из порядка Holosporales, которую назвали Candidatus Gromoviella agglomerans. Она обитает в цитоплазме — полужидком содержимом хозяйской клетки. Candidatus Gromoviella agglomerans часто формирует большие скопления, что мешает инфузории размножаться делением. Если же симбионтов не слишком много, при делении они распределяются между двумя дочерними клетками.
Ученым удалось экспериментально показать, что обнаруженные микроорганизмы способны также активно «заражать» и других инфузорий. Как у многих иных внутриклеточных симбиотических бактерий, которые не могут жить отдельно от организма-хозяина, геном Candidatus Gromoviella agglomerans оказался очень маленьким — меньше 600 тысяч пар нуклеотидов. Пока он самый маленький среди известных геномов бактерий-симбионтов инфузорий. Из-за этого микроорганизм не может самостоятельно производить все нужные вещества, а потому очень зависим от клетки-хозяина и не выживет «на свободе». Candidatus Gromoviella agglomerans приходится получать многие вещества из цитоплазмы инфузории — для этого у бактерии даже появились специальные транспортеры в оболочке, через которые нужные соединения закачиваются внутрь.
«Скорее всего, геном этой бактерии сильно сократился в процессе эволюции. Это напомнило быстрые изменения у других бактерий семейства Holosporaceae, но с некоторыми особенностями, характерными для конкретной линии. Похожие изменения происходят и у бактерий рода Rickettsiales. Очевидно, что это стало последствием паразитизма, так как эти прокариоты всё больше и больше полагались на клетку, в которой живут, в синтезе нужных им соединений. Возможно, аналогичный путь в свое время проходили и предки митохондрий», — заключил Алексей Потехин.
Результаты работы опубликованы в журнале Environmental Microbiology Reports, кратко о них сообщила пресс-служба РНФ.
