Социальные амёбы путешествуют с группой поддержки и имеют удивительно сложную социальную жизнь
Социальная амёба Dictyostelium discoideum, известная как «примитивный фермер», способна переносить съедобные бактерии на новые места и «собирать урожай». Учёные из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Гарвардского университета детально изучили один клон такого «фермера».
Оказалось, что этот клон переносит не один, а два штамма бактерий:
- Один штамм — это «посевной материал» для выращивания съедобных бактерий.
- Другой штамм — это «оружие», производящее защитные химические вещества.
Эволюция «еды» из «оружия»
Исследование показало, что съедобные бактерии эволюционировали из токсичных. Два штамма различаются множеством мутаций, но одна ключевая мутация в важном регуляторе генома несъедобного штамма изменила экспрессию 10% его генов. Эта мутация изменила химический профиль бактерии, сделав её съедобной.
Результаты опубликованы в выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 29 июля.
Открытие «фермерства» и странная пара
Изначально «фермеров» обнаружила Дебра Брок, работая с клонами D. discoideum, собранными в дикой природе. Она заметила, что некоторые клоны постоянно переносят бактерии в своих споровых головках (сори).
В одном из таких клонов-«фермеров» Брок удалось выделить два штамма бактерий. Генетический анализ показал, что оба принадлежат к одному виду — Pseudomonas fluorescens, — но при этом один штамм был съедобным для амёбы, а другой — нет.
Химия взаимовыгодных отношений
Коллаборация с лабораторией Джона Кларди из Гарвардской медицинской школы позволила изучить химическую сторону этого тройственного союза. Исследователи выяснили, что несъедобный штамм производит два химических соединения:
- Хромен — новое соединение, которое увеличивает производство спор у клона-«фермера» и подавляет его у «не-фермеров».
- Пирролнитрин — известный антибиотик и противогрибковый агент, который, вероятно, подавляет конкурентов амёбы в почве.
Анализы показали, что съедобность пищевого штамма обусловлена не просто отсутствием этих соединений, а другими изменениями.
Генетическая причина съедобности
Секвенирование геномов обоих штаммов выявило мутацию в одном из генов-регуляторов (глобального активатора) у съедобной бактерии. Эта мутация «ломала» регулятор, что, как было показано ранее, меняет экспрессию 10% генома.
Чтобы подтвердить роль этой мутации, учёные искусственно «сломали» тот же регулятор у несъедобного штамма. Полученный нокаутный штамм приобрёл химический профиль, идентичный пищевой бактерии, и также стал съедобным.
Филогенетический анализ 20 генов различных штаммов P. fluorescens подтвердил, что два штамма, переносимые амёбой, являются ближайшими родственниками. Эволюционное древо показало, что съедобность — это производный признак: эти бактерии были несъедобными, а затем стали съедобными.
Альтруизм в миниатюре
Такая эволюция — стать съедобным — имеет смысл только в контексте родственного отбора (kin selection). Хорошо накормленный клон-«фермер» переносит и распространяет больше спор, которые являются его генетическими родственниками. Таким образом, превращение бактерии в «пищу» представляет собой форму альтруизма, приносящую пользу её родственным штаммам.