继发表Science后，该团队又在Nature发表共生微生物领域的重要突破！揭示细菌如何在真菌细胞内稳定共存
学术
2024-10-04 17:20
法国
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内共生是一种有趣的生物现象，其中一个生物生活在另一个生物体内。这种不同寻常的关系往往对双方都有利。甚至在我们自己的身体里，也能找到这样的共生关系的痕迹：线粒体，我们细胞的能量工厂，就是从古代的内共生演变而来的。很久以前，细菌进入其他细胞并停留下来。这种共存奠定了线粒体以及植物、动物和真菌细胞的基础。然而，对于内共生作为一种生活方式是如何真正形成的，人们仍然知之甚少。一个细菌如果偶然进入一个完全不同的宿主细胞，通常会遇到很大的困难。它需要生存、繁殖，并传递给下一代。否则，它就会灭绝。为了不伤害宿主，它不能夺取过多的营养或生长过快。换句话说，如果宿主和其定殖者不能相处，这段关系就会结束。![]()
为了研究两个生物之间这种特殊关系的开端，由瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）微生物学教授Julia Vorholt领导的研究团队在实验室中启动了这样的伙伴关系。研究人员观察了可能的内共生关系开始时究竟发生了什么。2024年10月2日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）发表了这项题为Inducing novel endosymbioses by implanting bacteria in fungi的研究。在这项工作中，Vorholt实验室的博士生Gabriel Giger首先开发了一种方法，可以在不破坏真菌细胞的情况下将细菌注入其中。他一方面使用了大肠杆菌，另一方面是Mycetohabitans属的细菌。后者是另一种根霉菌的天然内共生体。然而，在实验中，研究人员使用的是在自然界中不形成内共生的菌株。然后，Giger在显微镜下观察了强制共生后的情况。![]()
将细菌注入真菌的工作流程
在注入大肠杆菌后，真菌和细菌都继续生长，但细菌最终生长得如此迅速，以至于真菌对其发起了免疫反应。真菌通过将其包裹起来保护自己不受细菌侵害。这阻止了细菌传递给下一代真菌。而对于注入的Mycetohabitans细菌来说情况则不同：当真菌形成孢子时，一些细菌设法进入了孢子，并因此传递给了下一代。这是研究中的一个重要突破。当研究人员让含有细菌的孢子萌发时，他们发现这些孢子萌发的频率较低，且幼小的真菌比没有细菌的生长得更慢。内共生最初降低了受影响真菌的整体适应性。研究人员继续进行了几代真菌的实验，故意选择那些孢子中含有细菌的真菌。这使得真菌能够恢复并产生更多有细菌但仍具活力的孢子。正如研究人员通过基因分析所展示的那样，真菌在这个过程中发生了变化并适应了它的居民。研究人员还发现，细菌与其宿主一起产生了生物活性分子，这些分子可能有助于宿主获取营养并防御如线虫或变形虫等捕食者。最初的劣势可以变成优势。在他们的研究中，研究人员展示了早期内共生系统的脆弱性。宿主适应性最初下降的事实意味着在自然条件下，这样的系统可能会早早消亡。要使新的内共生关系出现并稳定，共同生活必须带来优势。这一前提是，未来的细菌带来了有利于内共生的特性。对于宿主来说，通过吸收另一个生物体一次性获得新特征是一个机会，即使这需要适应。在进化中，内共生已经证明了它们最终能变得多么成功。
