Защитный симбиоз приводит к потере генов у бактерий-партнеров

Антибиотики на коконе защищают потомство роющих ос-филантов (beewolves) от вредоносных грибов. Эти защитные вещества производятся симбиотическими бактериями рода Streptomyces, живущими в этих насекомых. Новое исследование в PNAS показало, что эти полезные бактерии теряют генетический материал, который больше не нужен. Геном этих бактерий представляет большой интерес для понимания процесса эрозии генома и выяснения, как сотрудничество и взаимная выгода между бактериями и их насекомыми-хозяевами эволюционировали в течение долгого времени.

Древний защитный симбиоз обеспечивает выживание потомства филантов

Филанты рода Philanthus роют норы в земле, закапывают добычу (пчёл) и откладывают яйца. Чтобы защитить потомство от плесневых грибов в почве, самки филантов выделяют из усиков вещество, содержащее симбиотические бактерии Streptomyces. Эти бактерии производят коктейль из различных антибиотических веществ, который личинки филанта вплетают в свой кокон. Этот защитный симбиоз, существующий более 68 миллионов лет, обеспечивает защиту потомства от вредных микроорганизмов.

Признаки эрозии генома у бактериального партнера

Геном бактерий Streptomyces philanthi, ассоциированных с европейским филантом Philanthus triangulum, был детально изучен. Учёные задались вопросом, привела ли длительная ассоциация с хозяином к изменениям в геноме симбионта.

Используя современные методы секвенирования, исследователи прочитали полный геном симбионта. Они заметили накопление "псевдогенов", возникающих в результате сдвига рамки считывания кодирующих пар оснований. "Эти мутации со сдвигом рамки в вероятно инактивированных генах являются индикаторами начинающейся эрозии генома у Streptomyces philanthi. Понимание начальных стадий этого процесса может помочь нам понять, как он начинается", — говорит руководитель исследования Мартин Кальтенпот.

Гены: сведены к защитному симбиозу?

Дальнейший генетический анализ показал, что метаболизм бактериальных симбионтов в основном направлен на производство антибиотических веществ, необходимых для защиты потомства филантов. Также был получен ряд доказательств, что хозяин должен поставлять своим симбиотическим партнёрам в резервуарах желёз усиков определённые аминокислоты, поскольку бактерии Streptomyces philanthi больше не способны производить эти питательные вещества сами. Таким образом, похоже, что филанты даже могут контролировать производство антибиотиков и саморегулировать преимущества, предоставляемые их бактериальными партнёрами, чтобы оптимизировать защиту потомства. Для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие анализы.

Наблюдение, что распад генома у симбионтов, по-видимому, находится на ранних стадиях, удивительно после столь длительного защитного союза с филантами. Поэтому учёные также исследуют геномы штаммов симбионтов, связанных с другими видами филантов. "Кажется возможным, что только некоторые штаммы испытывают эрозию генома. Понимание причин этого и факторов, инициирующих этот процесс, может помочь нам получить ценные сведения о силах, управляющих эволюцией генома в целом", — надеется Мартин Кальтенпот.

Изучение многообразных симбиозов между насекомыми и их бактериальными партнёрами может помочь лучше понять взаимодействия между этими организмами, их взаимные выгоды, а также их коэволюцию.