Forskare vid Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology i Marburg, Tyskland, har analyserat den evolutionära utvecklingen av symbiotiska bakterier i tarmarna hos termiter med avseende på deras metaboliska förmåga.
Resultaten, nu publicerade i mBio , visar att vissa bakteriestammar faktiskt redan har börjat på vägen från att vara nyttiga till att bli parasiter.
Inte bara människor eller idisslande boskap har myriader av mikrober som lever i sina tarmar. Tarmarna hos många termitarter, som livnär sig på nedbrytningen av svårsmälta träkomponenter, är packade med många encelliga hjälpmedel, så kallade flagellater. Dessa i sin tur koloniseras av bakterier. De bakteriella endosymbionterna lever i eller på de eukaryota flagellaterna och förser dem med näringsämnen i termittarmen.
Ett team under ledning av Marburg Max Planck-forskaren Andreas Brune vill få en bättre förståelse för detaljerna i samlivet och framför allt bakteriernas globalt viktiga metaboliska prestanda. Detta beror på att termitmikrobers bidrag till den globala metanbalansen inte är obetydligt. Dessutom har förmågan hos de mikrobiella symbionterna att omvandla träkomponenter till potentiellt värdefulla byggstenar också tilldragit sig forskarnas intresse i flera år.
I sin senaste studie undersökte Andreas Brunes team hur partnerskapet mellan flagellater och bakterier uppstod och hur bakteriernas metaboliska prestanda är korrelerade med denna evolutionära utveckling. Detta tillvägagångssätt begränsas normalt av det faktum att det inte längre finns några nära släktingar som lever självständigt utanför värdcellerna. I det här fallet hade forskarna tur:en grupp bakterier som kallas Endomicrobia innehåller både fritt levande former och endosymbionts av flagellaterna.
Forskarna analyserade den genetiska informationen om bakteriestammar associerade med olika termiter med hjälp av metagenomsekvensering. "När vi tittade på resultaten insåg vi att Endomicrobia-bakterierna som lever i flagellaterna hade förlorat många gener över tiden", förklarar Undine Mies, en Ph.D. elev i gruppen. Denna förlust kompenserades dock genom förvärv av nya funktioner genom överföring av gener från andra tarmbakterier.
"Genom att ta emot gener från andra bakterier i sin miljö kunde bakterierna bättre ändra sin ämnesomsättning för att utnyttja andra energiförråd som sockerfosfater", säger Mies. "Detta resultat understryker hur viktig denna horisontella genöverföring är för samutvecklingen av organismer."
Data visar också hur det under denna utveckling skedde en förändring i energimetabolismen från glukos till sockerfosfater och till slut en fullständig förlust av förmågan att bryta ner socker.
Bakterierna skaffade sig istället en transportmekanism för upptag av energirika föreningar (ATP/ADP-antiporter) från värdmiljön, vilket är typiskt för parasitbakterier. "Förlusten av nästan all biosyntetisk förmåga i vissa endomikrobiella linjer och förvärvet av transportören indikerar att det ursprungligen ömsesidigt fördelaktiga förhållandet mellan bakterierna och de tarmlevande flagellaterna kan vara på tillbakagång", förklarar Brune.
"I ett nästa steg vill vi nu undersöka i vilken utsträckning de endomikrobiella symbionternas ursprungliga uppgifter ersätts av andra, sekundära symbionter. Detta kommer att bidra till den allmänna förståelsen för hur naturen undviker återvändsgränder i symbiosernas evolution. "
Mer information: Undine S. Mies et al, Genomreduktion och horisontell genöverföring i evolutionen av endomikrobi – uppgång och fall av en intracellulär symbios med termitarmflagellater, mBio (2024). DOI:10.1128/mbio.00826-24
Journalinformation: mBio
Tillhandahålls av Max Planck Society
