Ученые нашли новых бактерий внутри инфузорий

Российские биологи вместе с зарубежными коллегами описали новую бактерию. Микроорганизм — дальний родственник предков митохондрий — обнаружили внутри инфузории Paramecium polycaryum. Результаты работы, опубликованные в журнале Environmental Micriobiology Reports, показывают, что геном этой бактерии сильно уменьшился из-за жизни внутри клетки-хозяина, став самым маленьким из известных для микроорганизмов-симбионтов инфузорий. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Альфапротеобактерии — очень большая и разнообразная группа микроорганизмов. Представители этого класса мало чем похожи друг на друга: они могут отличаться и по типу питания, и по месту обитания, и по внешним характеристикам.

Митохондрии, которые выполняют роль «энергетической станции» у эукариот (организмов, имеющих ядро в клетке), судя по их генам, произошли от альфапротеобактерий. Скорее всего, предки митохондрий когда-то поселились в хозяйской клетке, а потом стали полезными симбионтами. Внутри одноклеточных эукариот живет и описанная биологами новая альфапротеобактерия. В качестве хозяина она выбрала инфузорию Paramecium polycaryum — близкого родственника инфузории-туфельки.

«Многие микроорганизмы требуют особых условий для роста, поэтому, обнаружив их, затем культивировать их в лаборатории бывает очень сложно. При описании некультивируемых бактерий в номенклатуре используется обозначение Candidatus, которое ставят перед названием рода и вида. К таким микроорганизмам относятся и бактерии порядка Holosporales, которые стали облигатными паразитами эукариотических клеток. Это означает, что они выживают только внутри хозяина. Паразитируя на нем, такие бактерии могут терять отдельные функции и даже целые метаболические пути, что можно обнаружить, прочитав их геном», — поясняет руководитель проекта по гранту РНФ Алексей Потехин, кандидат биологических наук, профессор кафедры микробиологии СПбГУ.

В одном из предыдущих исследований биологи описали две новых бактерии, живущих внутри инфузорий. Оба таких симбионта, Candidatus Bealeia paramacronuclearis и Candidatus Fokinia cryptica, по традиционной номенклатуре должны были принадлежать к группе риккетсий. Однако данные о генетике этих организмов позволили ученым по-новому взглянуть на систематику бактерий, разграничив риккетсии «в строгом смысле этого слова» и порядок Holosporales.

В новой работе ученые из Санкт-Петербургского государственного университета и Зоологического института РАН (Санкт-Петербург) вместе с зарубежными коллегами описали еще одну бактерию из рода Holosporales, которую назвали Candidatus Gromoviella agglomerans. Она обитает в цитоплазме — полужидком содержимом хозяйской клетки. Candidatus Gromoviella agglomerans часто формирует большие скопления, что мешает инфузории размножаться делением. Если же симбионтов не слишком много, при делении они распределяются между двумя дочерними клетками.

Ученым удалось экспериментально показать, что обнаруженные микроорганизмы способны также активно «заражать» и других инфузорий. Как у многих иных внутриклеточных симбиотических бактерий, которые не могут жить отдельно от организма-хозяина, геном Candidatus Gromoviella agglomerans оказался очень маленьким — меньше 600 тысяч пар нуклеотидов. Пока он самый маленький среди известных геномов бактерий-симбионтов инфузорий. Из-за этого микроорганизм не может самостоятельно производить все нужные вещества, а потому очень зависим от клетки-хозяина и не выживет «на свободе». Candidatus Gromoviella agglomerans приходится получать многие вещества из цитоплазмы инфузории —для этого у бактерии даже появились специальные транспортеры в оболочке, через которые нужные соединения закачиваются внутрь.

«Скорее всего, геном этой бактерии сильно сократился в процессе эволюции. Это напомнило быстрые изменения у других бактерий семейства Holosporaceae, но с некоторыми особенностями, характерными для конкретной линии. Похожие изменения происходят и у бактерий рода Rickettsiales. Очевидно, что это стало последствием паразитизма, так как эти прокариоты все больше и больше полагались на клетку, в которой живут, в синтезе нужных им соединений. Возможно, аналогичный путь в свое время проходили и предки митохондрий», — заключил Алексей Потехин.