Мучнистые червецы раскрывают новые детали взаимоотношений животных и бактерий

Ученые приблизились к разгадке уникальных и сложных отношений между животными и бактериями на примере мучнистых червецов. Это может дать представление о сложной ассоциации между людьми и микробами, от которых зависит наше здоровье.

Мучнистые червецы — насекомые, питающиеся соками растений, — имеют редкие отношения "тайм-менеджмента" с бактериями, которые помогают им превращать сок в питательные вещества. Подобно матрешке, червецы содержат два вида бактерий, причем одна бактерия, Moranella endobia, живет внутри другой — Tremblaya princeps. Такая трехуровневая система никогда не наблюдалась у других животных.

"Предыдущие работы показали, что Tremblaya имеет очень маленький геном — самый маленький из известных клеточных геномов — и в нем отсутствует множество важных генов", — объясняет Джон Маккатчен. Вопрос о том, как эта бактерия выживает, стал фокусом нового исследования, опубликованного в журнале Cell 20 июня 2013 года.

Используя современные технологии для секвенирования геномов и измерения экспрессии генов, исследователи выяснили, что Moranella играет большую роль, предоставляя гены для функционирования Tremblaya. После приобретения Moranella, Tremblaya, вероятно, утратила многие собственные гены, поскольку они были схожи с генами Moranella.

Ученые также исследовали возможность переноса генов от Tremblaya к геному червеца. Однако, вопреки ожиданиям, свидетельств такого перена не нашли. Вместо этого они обнаружили "параллельную вселенную" из как минимум 22 генов в геноме червеца, которые были перенесены от других бактерий в ходе исторических инфекций. Эти гены, по-видимому, компенсируют отсутствующие гены у Tremblaya и Moranella, помогая, например, в синтезе питательных веществ и поддержании клеточной стенки бактерий.

Эти результаты означают, что перенос генов от Tremblaya к червецу не объясняет малый размер генома Tremblaya. Кроме того, развитие этих отношений отличается от эволюции органелл, таких как митохондрии и хлоропласты, которые в процессе эндосимбиоза передали многие свои гены в геном хозяина.

Исследование подчеркивает, что столь интимные отношения между животными и бактериями с очень маленькими геномами часто развиваются с привлечением геномов других организмов. Более глубокое понимание таких систем, как у мучнистого червеца, ведет к лучшему пониманию бактерий, от которых зависят люди, и того, как взаимодействие с бактериями формировало эволюцию животных в целом.