Учёные выяснили, как микроорганизмы развивают кооперативное поведение

Синтрофия — это взаимовыгодное межвидовое взаимодействие, при котором один партнёр поставляет химическое вещество или питательное вещество, потребляемое другим, в обмен на "вознаграждение". Она играет ключевую роль в глобальных циклах углерода, опосредуя превращение органического вещества в метан (CH4), и важна для микробиома кишечника человека.

Исследователи из Института системной биологии (ISB) и их коллеги изучили эволюцию синтрофии на примере двух микробов — Desulfovibrio vulgaris (Dv) и Methanococcus maripaludis (Mm). Они проанализировали огромные объёмы данных секвенирования генома из более чем 400 образов, проследив накопление мутаций у обоих организмов на протяжении 1000 поколений.

Ключевые открытия:

  • Мутации, накапливающиеся в ходе эволюции, создают положительные генетические взаимодействия между редкими особями в микробном сообществе.
  • Эти взаимодействия усиливают кооперативность внутри таких редких микробных групп, позволяя им сохраняться с очень низкой частотой в большой продуктивной популяции.
  • Обнаружен один из первых примеров параллельной эволюции в мутуалистическом сообществе: в независимо эволюционирующих популяциях мутации накапливались в сходных генах у обоих организмов.

Значение исследования:

  • Работа даёт новое понимание того, как разнообразные микробные популяции сосуществуют в динамически меняющихся средах (реакторы, донные отложения, кишечник человека).
  • Методологии и выводы применимы для изучения других межвидовых взаимодействий.
  • Понимание генетических основ взаимодействий открывает перспективы для:
    • Биотехнологии: быстрого скрининга наиболее кооперативных мутаций в микробных консорциумах для повышения эффективности производства.
    • Медицины: разработки терапий, направленных на изменение микроокружения хозяина или распознавания патогенов для предотвращения инфекций.

«Это исследование — значительный шаг к пониманию и управлению ранними адаптивными событиями в эволюции мутуалистических взаимодействий», — отметил старший научный сотрудник ISB и ведущий автор статьи в The ISME Journal доктор Сердар Туркарслан.