Один белок разрушает симбиоз бактерий и грибов

Исследование сосуществования бактерий и грибов показало, что взаимовыгодный функционирующий симбиоз может быть очень хрупким. Учёные из Института натуральных продуктов и биологии инфекций им. Лейбница (Leibniz-HKI) в Йене выяснили, что бактериальный вид Mycetohabitans rhizoxinica благополучно живёт в гифах гриба Rhizopus microsporus только тогда, когда бактерии производят определённый белок. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

Гриб R. microsporus вызывает болезнь всходов риса, что приводит к огромным потерям урожая в Азии. Однако он может делать это только с M. rhizoxinica: бактерия производит растительный токсин, который обрабатывается и высвобождается грибом. Без бактерии гриб больше не может образовывать споры и эффективно распространяться. Взамен он снабжает своего эндосимбионта питательными веществами.

От паразитизма к симбиозу?

Исследовательская группа обнаружила, что определённый бактериальный белок, а именно эффекторный белок, поддерживает симбиоз. Если деактивировать так называемый TAL-эффектор 1 (MTAL1), бактерии начинают бесконтрольно размножаться, и гриб, в результате, отгораживает части своих гиф новыми клеточными стенками. Запертые бактерии впоследствии погибают. «Эти TAL-эффекторы известны у различных бактерий, заражающих растения», — пояснила исследовательница Ингрид Рихтер, — где они позволяют бактериям проникать в клетки растений.

В случае с R. microsporus и M. rhizoxinica изначально паразитические отношения, возможно, изменились на симбиотические. Действительно, если эффекторный белок отсутствует, бактерии могут продолжать заражать гриб — то есть «растворяют» клеточную стенку и проникают в грибные гифы. Однако тогда гриб воспринимает их как паразитов. Только при наличии TAL-эффектора симбиоз стабилен. «Это показывает плавный переход между симбиозом, выгодным обоим партнёрам, и возможно паразитическими отношениями, которые могут быть вредны для одного из партнёров», — отмечает Рихтер.

Пристальное микроскопическое наблюдение

Чтобы наблюдать процесс заражения более пристально, исследователи разработали сложную систему: они выращивают гриб в микрофлюидных чипах с очень узкими каналами. В одном канале помещается только одна грибная гифа. Затем они добавляют бактерии и наблюдают за процессом заражения под микроскопом в течение нескольких часов.

Благодаря дизайну нитевидные гифы не нарастают друг на друга, что позволяет чётко видеть происходящее. Например, удалось показать, что гриб строит дополнительные поперечные стенки в гифах, когда TAL-эффектор выключен, — и что в отделённых таким образом участках находится особенно большое количество бактерий. «С помощью определённых красителей мы видим, что захваченные бактерии погибают через несколько часов».

Исследователи планируют далее изучить клеточные процессы, запускаемые эффекторным белком. «Мы предполагаем, что TAL-эффектор связывается в геноме гриба, потому что это типично для таких белков, — но мы не знаем, где именно», — говорит Рихтер. Одна из причин — геном R. microsporus ещё не полностью расшифрован.

Результаты исследования дают новое представление об эндосимбиотических партнёрствах, играющих большую роль в эволюции. Например, сегодняшние митохондрии, поставщики энергии в клетках растений, животных и грибов, вероятно, изначально были эндосимбионтами.