Эволюция симбиотических бактерий в кишечнике термитов: от взаимовыгоды к паразитизму?

Исследователи из Института наземной микробиологии Макса Планка (Марбург, Германия) проанализировали эволюционное развитие симбиотических бактерий в кишечнике термитов, уделив особое внимание их метаболическим возможностям.

Результаты, опубликованные в mBio, показывают, что некоторые штаммы бактерий, возможно, уже встали на путь превращения из полезных симбионтов в паразитов.

Кишечник многих видов термитов, питающихся трудноусвояемыми компонентами древесины, населён многочисленными одноклеточными простейшими — жгутиконосцами. Те, в свою очередь, заселены бактериями. Эти бактериальные эндосимбионты живут в жгутиконосцах или на них, снабжая их питательными веществами.

Команда под руководством Андреаса Бруне исследовала, как возникло это партнёрство и как метаболические функции бактерий связаны с их эволюционным развитием. Учёным повезло: группа бактерий Endomicrobia включает как свободноживущие формы, так и эндосимбионтов жгутиконосцев.

Потеря генов и горизонтальный перенос

Анализ генетической информации с помощью метагеномного секвенирования показал, что эндосимбионты Endomicrobia со временем потеряли множество генов. Однако эта потеря была компенсирована приобретением новых функций за счёт горизонтального переноса генов от других бактерий кишечника.

«Получая гены от других бактерий в своей среде, симбионты смогли переключить свой метаболизм на использование других источников энергии, таких как сахарные фосфаты», — объясняет аспирант Ундина Миз. «Этот результат подчёркивает, насколько важен горизонтальный перенос генов для коэволюции организмов».

Сдвиг метаболизма и признаки паразитизма

Данные также показывают, как в ходе эволюции произошёл сдвиг в энергетическом метаболизме от глюкозы к сахарным фосфатам, а затем и полная утрата способности расщеплять сахар.

Вместо этого бактерии приобрели транспортный механизм для захвата богатых энергией соединений (ATP/ADP антипортеры) из среды хозяина, что типично для паразитических бактерий.

«Потеря почти всех биосинтетических возможностей у некоторых линий Endomicrobia и приобретение такого транспортера указывают на то, что изначально взаимовыгодные отношения между бактериями и кишечными жгутиконосцами, возможно, приходят в упадок», — поясняет Андреас Бруне.

Следующим шагом учёные планируют выяснить, в какой степени первоначальные задачи эндосимбионтов берут на себя другие, вторичные симбионты. Это поможет понять, как природа избегает тупиков в эволюции симбиозов.