Ένα μικρόβιο με το μικρότερο γονιδίωμα αλλά που ωθεί τα όρια της ζωής

Τα συμβιωτικά βακτήρια που ζουν μέσα στα κύτταρα των εντόμων έχουν το μικρότερο γονιδίωμα από κάθε γνωστό οργανισμό. Βρήκε επίσης μια θολή διάκριση μεταξύ των κυτταρικών οργανιδίων όπως τα μιτοχόνδρια και των περισσότερων μικροβίων γυμνών οστών στη φύση.

«Εκεί που τελειώνει αυτό το εξαιρετικά ολοκληρωμένο συμβίωση και αρχίζει το οργανίδιο, νομίζω ότι είναι πολύ δύσκολο», είπε. Πήτερ Ουκάσικ στο Jagiellonian University στην Κρακοβία της Πολωνίας. «Αυτά είναι πολύ ταραγμένα σύνορα».

Τα φυτοφάγα είναι έντομα που ζουν εξ ολοκλήρου με φυτικό χυμό, συμπληρώνοντας τη διατροφή τους με μια αρχαία συμβιωτική σχέση με τα βακτήρια. Κατά τη διάρκεια πολλών χιλιάδων ετών, αυτά τα μικρόβια έχουν εξελιχθεί για να ζουν μέσα στα δικά τους κύτταρα στην κοιλιά του φυτοκολάπτη, παράγοντας θρεπτικά συστατικά που δεν μπορούν να λάβουν τα φυτοφάγα από τη διατροφή τους με ζάχαρη. Πολλά από αυτά τα βακτήρια εξαρτώνται πλήρως από τους ξενιστές τους και έχουν μειώσει το γενετικό τους υλικό σε ένα κλάσμα του μεγέθους των προγόνων τους.

Ο Łukasik και οι συνάδελφοί του ενδιαφέρθηκαν για την ανάπτυξη αυτής της σχέσης βακτηρίων-μικραίου και πόσο μικρά θα μπορούσαν να είναι αυτά τα βακτηριακά γονιδιώματα. Η ομάδα έλαβε δείγμα 149 μεμονωμένων εντόμων σε 19 οικογένειες φυτοφάγων, εξάγοντας DNA από τους κοιλιακούς ιστούς των εντόμων. Οι ερευνητές ανέλυσαν και ανέλυσαν την αλληλουχία του DNA, ανακατασκευάζοντας τα γονιδιώματα των συμβιωτικών βακτηρίων Βιδάνια και αυλάκια.

Τα βακτηριακά γονιδιώματα ήταν εξαιρετικά μικρά. Το μήκος του γονιδιώματος μπορεί να μετρηθεί σε αριθμούς ζευγών βάσεων, μια διαδοχή δίδυμων «γραμμάτων» στον γενετικό κώδικα. Τα βακτηριακά γονιδιώματα είχαν μήκος λιγότερο από 181.000 ζεύγη βάσεων. Για σύγκριση, η ανθρώπινη φυλή βρίσκεται δισεκατομμύρια πόδια μακριά.

Μερικά από Βιδάνια Τα γονιδιώματα έχουν μήκος μόνο 50.000 ζεύγη βάσεων, το μικρότερο γνωστό για οποιαδήποτε μορφή ζωής. Πριν, ήταν το μικρότερο Μύτηένα συμβιωτικό βακτήριο που ονομάζεται συγγενής planthopper, που μετρά πάνω από 100.000 ζεύγη βάσεων.

Σε μια βάση 50.000 ζευγαριών, Βιδάνια Τα γονιδιώματα είναι ίσα με αυτά που έχουν βρεθεί σε ιούς που θεωρούνται μη ζωντανοί: ο ιός μετά την Covid-19 έχει ένα γονιδίωμα μήκους περίπου 30.000 ζευγών βάσεων, για παράδειγμα. Μερικά από Βιδάνια μόνο περίπου 60 πρωτεϊνικά γονίδια κωδικοποίησης, στις χαμηλότερες μετρήσεις.

Τα βακτήρια και οι ξενιστές των εντόμων τους εξελίχθηκαν πριν από περίπου 263 εκατομμύρια χρόνια, εξελίσσοντας ανεξάρτητα γονιδιώματα μικρού μεγέθους στη μέση δύο διαφορετικών τάξεων φυτοφάγων. Μεταξύ των λίγων, αυτά τα βακτήρια παράγουν το αμινοξύ φαινυλαλανίνη, το οποίο είναι ένας χημικός πρόδρομος για τη δημιουργία και την ενίσχυση του εξωσκελετού.

Ο ukasik και η ομάδα του πιστεύουν ότι μια μεγάλη απώλεια γονιδίων συμβαίνει όταν τα έντομα τρώνε νέες τροφές με θρεπτικά συστατικά που χρησιμοποιούνται από βακτήρια ή όταν περισσότερα μικρόβια μετακινούνται και καταλαμβάνουν αυτά τα μέρη.

Τα βακτήρια είναι εξαιρετικά μειωμένα, παρόμοια με τα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες – οργανίδια που παράγουν ενέργεια σε ζωικά και φυτικά κύτταρα που προέρχονται από αρχαία βακτήρια. Τα συμβιωτικά βακτήρια κατοικούν παρομοίως μέσα στα κύτταρα ξενιστές και μεταδίδονται μεταξύ των γενεών.

Το “Organelle” είναι απλώς μια λέξη, οπότε είναι καλό να αποκαλώ αυτά τα οργανίδια αν κάποιος θέλει να τα συμπεριλάβει στον ορισμό, λέει. Νάνσυ Μόραν στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. «Αλλά παραμένουν διαφορετικά από τα μιτοχόνδρια ή τους χλωροπλάστες».

Τα μιτοχόνδρια είναι πολύ παλαιότερα, αφού προέρχονται από 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια ή περισσότερο, και το γονιδίωμά τους είναι ακόμη μικρότερο – περίπου 15.000 ζεύγη βάσεων.

«Αυτά τα συμβιώματα ζουν μόνο σε εξειδικευμένα κύτταρα-ξενιστές, όχι στα περισσότερα κύτταρα σε όλο τον οργανισμό, όπως φαίνεται στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες», λέει ο Moran.

Ο ukasik θεωρεί αυτά τα βακτήρια και τα μιτοχόνδρια ως απλά διαφορετικά μέρη στην εξέλιξη της «βαθμίδας εξάρτησης» στους ξενιστές τους. Υπάρχει η υποψία ότι ακόμη μικρότερα γονιδιώματα συμβίωσης δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί.