Хламидии меняют представление об эволюции внутриклеточных бактерий

Все современные хламидии живут внутри клеток хозяев — от амёб до животных. Учёные из Венского университета и Вагенингенского университета обнаружили, что предок хламидий, вероятно, уже был внутриклеточным, но хламидии, инфицирующие амёб, позже эволюционировали неожиданным для эндосимбионтов образом.

Исследование, опубликованное в Nature Microbiology, — важный шаг к пониманию возникновения и эволюции эндосимбиотических бактерий, включая патогены человека.

Загадка размеров генома

Хламидии известны по патогену человека Chlamydia trachomatis, но эта группа бактерий возникла более миллиарда лет назад. Все современные хламидии живут внутри клеток, но их геномы сильно различаются: у инфицирующих животных они маленькие (как у типичных эндосимбионтов), а у инфицирующих амёб — крупные, как у свободноживущих бактерий.

Реконструкция предка

Учёные под руководством Маттиаса Хорна и Тейса Эттемы использовали секвенирование геномов из environmental samples и вычислительные методы, чтобы реконструировать геном последнего общего предка всех известных хламидий.

Ключевой вывод: этот древний микроорганизм уже обладал всеми генами, необходимыми для эндосимбиоза, включая гены, важные для современных патогенов животных. Это означает, что хламидии инфицируют клетки хозяев уже более миллиарда лет.

Неожиданный обмен генами

Исследователи с удивлением обнаружили, что хламидии, инфицирующие амёб, позже приобрели множество метаболических генов, хотя эндосимбионты обычно имеют меньше возможностей для горизонтального переноса генов.

«Наши результаты показывают, что у некоторых хламидий обмен генами происходил активнее, чем ожидалось для эндосимбионтов, включая приобретение ключевых метаболических генов», — объясняют авторы.

Объяснение парадокса

Учёные предлагают объяснение: амёбы часто содержат несколько эндосимбионтов и питаются свободноживущими бактериями, что увеличивает доступный пул генов. Кроме того, большинство хламидий перемещаются между разными хозяевами, и сохранение или приобретение дополнительных метаболических генов может быть выгодным в меняющихся условиях.

Это исследование ставит под вопрос традиционные взгляды на эволюцию эндосимбионтов и открывает путь к изучению того, насколько широко распространён такой сценарий.