Тли балансируют свой рацион, перестраивая аминокислоты растений

Тли высасывают из растений-хозяев почти неограниченное количество сладкого сока. Они могут выживать на такой «диете из фастфуда», потому что бактерии-симбионты помогают им превращать несколько аминокислот из сока в другие, незаменимые аминокислоты — не путём переработки, а путём полного разрушения и сборки с нуля, как показало новое исследование.

Учёные долго полагали, что тли либо используют эти аминокислоты напрямую, либо преобразуют их углеродные скелеты в другие аминокислоты для синтеза белков. Однако, отследив судьбу атомов углерода и азота, поглощённых тлями, учёные из BTI Георг Яндер и Мина Харибал обнаружили, что синтез аминокислот идёт очень окольным путём. Их результаты опубликованы в Journal of Experimental Biology.

Растительный сок — скудный источник пищи для тли, поскольку он содержит в основном четыре аминокислоты: глутамин, глутамат, аспарагин и аспартат, которые служат основным источником азота.

Чтобы не голодать, тли эволюционировали симбиотические отношения с бактерией Buchnera aphidicola, которая помогает обеспечивать незаменимые аминокислоты. Buchnera — эндосимбионт, который больше не может существовать независимо вне тли.

Харибал кормила гороховых тлей (Acyrthosiphon pisum) диетой из сахарного сока и аминокислот, содержащих более тяжёлые изотопы углерода или азота. Эти редкие атомы с дополнительными нейтронами и большей массой можно обнаружить с помощью масс-спектрометра. Насекомые получали жидкость через парафильмовую мембрану, прокалывая её стилетами.

После того как тли включили меченые аминокислоты в свои тела, их структуры были разрушены и проанализированы с помощью ГХ-МС. Этот метод разделяет отдельные компоненты и позволил определить, где оказались тяжёлые атомы углерода и азота.

Яндер и Харибал увидели, что аминокислоты внутри клеток тли представляли собой смесь тяжёлых и лёгких атомов. Это указывало на то, что растительные аминокислоты были полностью разобраны и заново собраны. Даже аспарагиновая кислота, которую исследователи поставляли тлям в большом количестве, была разрушена и реконструирована.

Харибал предполагает, что эта стратегия — результат их ограниченного рациона и сильного варьирования уровня аминокислот в растениях. Полный распад всех аминокислот на компоненты для синтеза незаменимых аминокислот и других молекул (например, ДНК), вероятно, эволюционировал как наиболее эффективный процесс.

Многие животные существуют на несбалансированной диете, но имеют кишечные микробы или симбионты, которые расщепляют пищу и обеспечивают больше питательных веществ. Например, подобно тлям, коровы могут выживать на диете с несбалансированным содержанием аминокислот благодаря бактериям рубца.