Две бактерии позволяют пенницам выживать на низкопитательной пище

Новое исследование раскрывает симбиотические отношения двух типов бактерий и насекомых-пенниц, которые помогают насекомому жить на очень бедной питательными веществами пище. Бактерии используют метаболический «трюк», также применяемый раковыми клетками, чтобы создать условия для преобразования скудной пищи в необходимые для выживания строительные блоки.

Исследование «Syntrophic Splitting of Central Carbon Metabolism in Host Cells Bearing Functionally Different Symbiotic Bacteria» опубликовано 29 апреля в журнале International Society for Microbial Ecology.

Пенницы питаются ксилемным соком растений — пищей с крайне низкой питательной ценностью, так как ксилема транспортирует в основном воду и минералы от корней к листьям.

«Ни одно животное не должно быть способно существовать только на ксилеме — это, по сути, просто вода и несколько питательных веществ», — сказала ведущий автор Нана Анкра, постдок в лаборатории Анджелы Дуглас.

Ответ на вопрос о выживании этих насекомых кроется в двух типах бактерий, которые живут в отдельных органах пенницы, называемых бактериомами: один красный, другой оранжевый. Другие похожие насекомые, питающиеся растительным соком, имеют только одного бактериального партнера для помощи в производстве высококачественных аминокислот.

Исследователи собрали местных пенниц, извлекли их красные и оранжевые бактериомы, инкубировали бактерии отдельно в глюкозе и провели метаболические эксперименты и компьютерное моделирование.

Они обнаружили, что красный бактериом использует процесс, известный как аэробный гликолиз, для переработки глюкозы, из которой бактерии синтезируют семь незаменимых аминокислот. Два побочных продукта этого процесса — пируват и лактат — усваиваются оранжевым бактериомом для создания молекул ATP, которые обеспечивают клетки энергией. Этот энергетический импульс позволяет бактериям в оранжевом бактериоме производить три дополнительные незаменимые аминокислоты, требующие для синтеза много энергии.

Наличие двух бактериальных партнеров вместо одного работает, потому что у них есть этот метод обмена продуктами от одной бактерии к другой для увеличения общей доступной энергии.

Исследователи были удивлены, обнаружив аэробный гликолиз у этих бактерий, поскольку раковые клетки используют тот же процесс для выживания: одни клетки подвергаются гликолизу и производят пируват и лактат, которые потребляются другими клетками для создания энергии.

«Насколько нам известно, наша статья является первой демонстрацией аэробного гликолиза как стратегии для облегчения производства аминокислот в симбиозах», — сказала Анкра.

Будущие исследования будут изучать гликолиз в других партнерствах насекомых и бактерий.