박테리아가 곰팡이에 영구적으로 살게 되는 방법

세포 내 공생은 한 유기체가 다른 유기체의 내부에서 사는 매혹적인 생물학적 현상입니다. 이러한 특이한 관계는 종종 양측 모두에게 유익합니다. 심지어 우리 몸에서도 그러한 공존의 잔재를 발견할 수 있습니다. 세포의 발전소인 미토콘드리아는 고대의 세포 내 공생에서 진화했습니다. 오래전에 박테리아가 다른 세포로 들어가 머물렀습니다. 이러한 공존은 미토콘드리아와 식물, 동물, 균류 세포의 기초를 마련했습니다.

그러나 여전히 잘 이해되지 않는 것은 생활 방식으로서의 내생공생이 실제로 어떻게 발생하는가입니다. 다소 우연히 완전히 다른 숙주 세포에 들어간 박테리아는 일반적으로 어려움을 겪습니다. 살아남고, 번식하고, 다음 세대로 전달되어야 합니다. 그렇지 않으면 죽습니다. 그리고 숙주에게 해를 끼치지 않으려면 너무 많은 영양소를 차지하거나 너무 빨리 자라서는 안 됩니다. 다시 말해, 숙주와 거주자가 잘 지낼 수 없다면 관계가 끝납니다.

두 유기체 사이의 이러한 특별한 관계의 시작을 연구하기 위해 ETH 취리히의 미생물학 교수인 줄리아 포르홀트가 이끄는 연구진은 실험실에서 이러한 파트너십을 시작했습니다. 과학자들은 가능한 내생공생의 시작에서 정확히 무슨 일이 일어나는지 관찰했습니다. 그들은 방금 과학 저널 Nature에 연구를 발표했습니다.

동거 강제

이 작업을 위해, Vorholt 연구실의 박사과정 학생인 Gabriel Giger는 먼저 Rhizopus microsporus 균의 세포 를 파괴하지 않고 박테리아를 주입하는 방법을 개발했습니다. 그는 한편으로는 E. coli 박테리아를, 다른 한편으로는 Mycetohabitans 속 박테리아를 사용했습니다. 후자는 다른 Rhizopus 균의 자연적인 내생공생체입니다. 그러나 실험을 위해 연구자들은 자연에서 내생공생을 형성하지 않는 균주를 사용했습니다. 그런 다음 Giger는 현미경으로 강제적인 공생에 무슨 일이 일어나는지 관찰했습니다.

대장균 을 주입한 후, 진균과 박테리아는 모두 계속 성장했고, 박테리아는 결국 너무 빨리 성장하여 진균이 박테리아에 대한 면역 반응을 일으켰습니다. 진균은 박테리아를 캡슐화하여 자신을 보호했습니다. 이렇게 하여 박테리아가 다음 세대의 진균으로 전파되는 것을 막았습니다.

박테리아가 포자로 들어간다

주입된 Mycetohabitans 박테리아 의 경우는 그렇지 않았습니다. 곰팡이가 포자를 형성하는 동안 일부 박테리아가 포자 속으로 들어가 다음 세대로 전달되었습니다. Giger는 "박테리아가 실제로 포자를 통해 다음 세대 곰팡이로 전달된다는 사실은 우리 연구의 획기적인 진전이었습니다."라고 말합니다.

박사과정 학생이 상주 박테리아가 있는 포자가 발아하도록 했을 때, 그는 포자가 발아하는 빈도가 낮았고 어린 균류가 없는 경우보다 더 느리게 성장한다는 것을 발견했습니다. 그는 "내생 공생은 처음에 영향을 받은 균류의 전반적인 적합성을 낮췄습니다."라고 설명합니다. 기거는 여러 세대의 균류에 걸쳐 실험을 계속하면서 의도적으로 포자에 박테리아가 포함된 균류를 선택했습니다. 이를 통해 균류는 회복되어 더 많은 거주하지만 생존 가능한 포자를 생산할 수 있었습니다. 연구자들이 유전 분석을 통해 보여줄 수 있었듯이, 균류는 이 실험 중에 변화하여 상주하는 균류에 적응했습니다.

연구자들은 또한 거주자가 숙주와 함께 생물학적으로 활성한 분자를 생성하여 숙주가 영양분을 얻고 선충류나 아메바와 같은 포식자로부터 자신을 방어하는 데 도움이 된다는 것을 발견했습니다. "따라서 초기의 단점이 장점이 될 수 있습니다."라고 Vorholt는 강조합니다.

취약한 시스템

연구자들은 연구에서 초기 내생공생 시스템이 얼마나 취약한지를 보여줍니다. "숙주의 적합성이 처음에 감소한다는 사실은 자연 조건에서 그러한 시스템이 일찍 사라질 수 있음을 의미할 수 있습니다."라고 Giger는 말합니다. "새로운 내생공생이 발생하고 안정화되려면 함께 사는 데 이점이 있어야 합니다."라고 Vorholt는 말합니다. 이를 위한 전제 조건은 잠재적 거주자가 내생공생에 유리한 특성을 가지고 있어야 한다는 것입니다. 숙주에게는 적응이 필요하더라도 다른 유기체를 통합하여 한꺼번에 새로운 특성을 얻을 수 있는 기회입니다. "진화에서 내생공생은 궁극적으로 얼마나 성공할 수 있는지 보여주었습니다."라고 ETH 교수는 강조합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241002122900.htm