Гифы как места для свиданий и катализатор бактериальной эволюции

Самыми многочисленными обитателями почвы являются не кроты незрячие и даже не червяки ползучие, а малютки-бактерии – порядка ста миллионов штучек из сотни тысяч видов в одном грамме почвы, сосчитай-ка сам. Пока считал, чуть не запутался в нитевидных грибных гифах, правда? Их общая протяженность в грамме почвы может достигать нескольких километров! Гифы нужны грибам для поглощения и транспорта воды и питательных веществ, но также они служат инфраструктурой для микробов. Почвенные бактерии путешествуют по гифам, будто по магистралям! Более того, в этих оживленных местах у них повышаются шансы для встреч и конъюгаций.

Конъюгация – это аналог полового процесса эукариот, подразумевающего слияние половых клеток. Бактерии ни с кем сливаться не собираются, но они могут обмениваться генами через перемычки при контакте с другими бактериями. Обмен происходит с помощью плазмид – закольцованных фрагментов ДНК. В этих плазмидах могут содержаться весьма полезные гены, кодирующие белки, которые, например, способны повысить устойчивость к антибиотикам и всяким пагубным факторам среды. Конъюгация и горизонтальный перенос генов имеют огромное значение для выживания бактерий и их эволюции.

Но чтобы конъюгация осуществилась, бактерии должны находиться очень близко друг к другу – на расстоянии не больше двух микрометров, как показывают эксперименты. Подобраться на такое маленькое расстояние не так-то просто, если ты живешь в почве. Хорошо, когда есть влага, в которой можно плавать с помощью жгутиков, но ведь почва далеко не вся пропитана водой, в ней полно непреодолимых воздушных пустот и сухих гранул, о которые бактериям остается лишь беспомощно долбиться лбом. Что же делать?

Вот тут-то и помогают грибы, утверждают микробиологи из Центра имени Гельмгольца по исследованию окружающей среды в Лейпциге (Германия). Правда, проверить гипотезу они взялись на примере не грибов, а оомицетов. Эти существа раньше считались грибами, но у них, как выяснилось, так много качественных отличий от грибов, что их пришлось вывести из грибного царства, и нынче их относят то ли к протистам, то ли к хромистам – ну хоть не к баристам, а то приготовили бы тебе сейчас оомирикано. Впрочем, выглядят и ведут себя оомицеты вполне по-грибьи – например, у них есть развитый мицелий с гифами, они могут вызывать инфекции. В общем, для целей исследования оомицеты подходят, так как функционально они неотличимы от грибов, посчитали немцы, и большинство растений с ними наверняка согласились бы.

Бактерия Pseudomonas putida. Такие же оживленно бегают по гифам гриба Cunninghamella elegans в видеоролике выше.

Ученые использовали две линии почвенных бактерий Pseudomonas putida. В одной из линий бактерии светились красным светом и вдобавок содержали в своей хромосоме плазмиду с геном, кодирующим белок для зеленой флуоресценции, правда, продукция этого белка в красной клетке подавлялась. В другой линии бактерии не светились – они должны были стать реципиентами вышеуказанной плазмиды, и в случае ее успешной передачи при конъюгации они сразу бы начали флуоресцировать зеленым светом.

Бактерии двух этих линий были помещены на кусочки агар-агара, разделенные воздухом толщиной 400 микрометров. На кусочки с красными бактериями – донорами плазмид – добавили оомицетов Pythium ultimum. В течение суток они своими гифами построили мостики в сторону несветящихся реципиентов, и вскоре ученые увидели, как на мостиках зазеленелись бактерии: конъюгация состоялась! В контрольном эксперименте, где оомицеты участия не принимали, ничего подобного, разумеется, не произошло.

fungal highway
Красные бактерии встретились со своими несветящимися родственниками на гифовом мосту и передали им плазмиды зеленой флуоресценции. Те сразу позеленели от радости. Фото: Berthold et al., 2016.

Велика ли роль гиф для «сексуальных» путешествий бактерий? Чтобы узнать это, биологи усадили бактерий на агар-агар разных консистенций, и посмотрели, насколько часто они конъюгируют в присутствие и отсутствие оомицета. Оказалось, что в агаре пожиже, где бактериям перемещаться легче, горизонтальный перенос «зеленого» гена осуществлялся не шибко чаще при наличии оомицета, нежели без него. Но в более плотном агаре бактерии намного охотнее взбирались на гифы оомицета – и активнее конъюгировали, озеленяя реципиентов!

Получается, что гифы повышают вероятность конъюгаций – бактерии чаще встречаются друг с другом на таких оживленных магистралях. Кроме того, гифы подстегивают бактерий к этим встречам, ведь они еще и впитывают в себя влагу: бактерии потихоньку лишаются возможности передвигаться по воде и вынуждены чаще использовать гифы в качестве транспорта, а значит, вовлекаться в царящую там активную «социальную» жизнь.

Оомицеты и грибы могут вносить значительный вклад в эволюцию бактерий, отмечают авторы работы. Не исключено, что появление гиф в первичных древних почвах стимулировало настоящий эволюционный взрыв среди бактерий, увеличение их биоразнообразия. Участки почвы возле корней деревьев считаются горячими зонами бактериальной эволюции, и теперь понятно почему: корни оплетены симбиотическими грибными нитями, длинными и влажными, так что бактерии с удовольствием перемещаются по ним, там же встречают себе подобных и конъюгируют с ними, двигая свою эволюцию вперед.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: Scientific American
Научная статья: Scientific Reports (Berthold et al., 2016)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вы хотите поделиться с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. Пожалуйста, не копируйте текст в соцсети целиком, мы хотим, чтобы наши статьи читали на нашем сайте, попутно замечая и другие наши статьи. С уважением, Батрахоспермум.

borrelia-burgdorferi

Вас также могут заинтересовать статьи:
Бактерия шагает по сосуду лимфоцитовой походкой
Как чудодейные микробы помогают нам эволюционировать
Вирус присягнул царству грибов и помог ему подняться