12.08.2011

Симбиотическая матрёшка, или Зачем виноградному червецу два бактериальных «сотрудника»

Внутри виноградного червеца живёт симбиотическая бактерия, внутри которой живёт ещё одна симбиотическая бактерия, и каждый из членов этой матрёшки выполняет часть работ на одном и том же биохимическом конвейере по синтезу аминокислот, необходимых для всех трёх симбионтов, пишет ScienceNOW.

Виноградный мучнистый червец (Planococcus citri) демонстрирует один из самых необычных видов симбиоза в живой природе. В 2001 году исследователи обнаружили, что этот сельскохозяйственный вредитель представляет собой что-то вроде матрёшки: внутри у него живёт бетапротеобактерия Tremblaya princeps, в которой живёт гаммапротеобактерия Moranella endobia. Оба вида бактериальных симбионтов передаются из поколения в поколение.

Более подробный анализ взаимоотношений бактерий и насекомого, сделанный учёными из университетов Аризоны и Юты, заставил биологов удивиться ещё раз. Оказалось, что все три вида как бы распределили между собой биохимический путь по получению необходимых аминокислот из пищи, которую съедает червец.

Виноградный червец сосёт растительный сок, но не может использовать его со всей эффективностью. Чтобы получать необходимые для биосинтеза аминокислоты, насекомое «приручило» бактерий. Казалось бы, ничего удивительного: в конце концов, наша собственная микрофлора тоже помогает нам в переваривании пищи. Но ни первый, ни второй бактериальный симбионт по одиночке не в состоянии обеспечить хозяина питательными веществами. Они могут делать это только вместе.

Как пишут исследователи в журнале Current Biology, при анализе бактериальных геномов обнаружились удивительные вещи. Во-первых, «средняя часть матрёшки», Tremblaya princeps, имеет всего 121 ген — самый маленький набор среди живых организмов, если не брать в расчёт клеточные органеллы митохондрии и хлоропласты. Но самым любопытным оказалось не это, а способ организации биохимических путей по получению аминокислот. Сказать, что одна бактерия предоставляет хозяину одни аминокислоты, а другая — иные, было бы неверным. Отдельный симбионт не располагает всеми генами для выполнения от начала до конца одного биохимического конвейера, а потому ему приходится обращаться за помощью либо к хозяину, либо к другому симбионту. То же самое происходит и с другой бактерией, и с самим червецом.

Иными словами, это напоминает конвейер с разделением труда: заготовки летают по цеху от одного рабочего к другому, пока продукт не приобретёт требуемый вид. Безусловно, это довольно специфический способ симбиоза. Но, по словам авторов работы, именно так могли строиться взаимоотношения между древними эукариотами и бактериальными предками митохондрий и хлоропластов. Бактерия, оказавшись в дружественной эукариотической клетке, могла позволить себе отказаться от большей части генов и сохранить только те, в которых был заинтересован хозяин. А тот, в свою очередь, брал на себя обязательства «штопать» образующиеся метаболические прорехи в биохимии бактериального симбионта.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА