Carsonella ruddii — endosimbionts ar pasaulē mazāko zināmo genomu
Carsonella ruddii — endosimbionts ar pasaulē mazāko zināmo genomu; atklājumi par tā kompaktu 159 kb hromosomu, gēnu zudumu un iespējamo organellu lomu.
Candidatus Carsonella ruddii ir endosimbiotiska gamma proteobaktērija. Tai ir mazākais zināmais genoms no visām baktērijām. Termins Candidatus norāda, ka šo baktēriju nav izdevies pavairot ārpus tās saimniekorganisma — tā pastāv tikai kā obligāts endosimbionts.
Kur tā dzīvo un kāpēc ir svarīga
Šī suga ir endosimbionts, kas ir sastopams visās floēmas sulām barojošo kukaiņu, kas pazīstami kā psilīdi, sugās. Endosimbionts atrodas specializētā šūnu kopā — bakteriomā (kolektīvā no šūnām, ko sauc par bakteriocītiem), kur tas dzīvo ciešā mijiedarbībā ar kukaiņa organismu. Funkcionāli Carsonella, tāpat kā daudzi citi obligātie endosimbionti, tiek uzskatīta par nozīmīgu avotu būtisku uzturvielu (piem., aminoskābju) sintēzei, kuras trūkst kukaiņa uzturā.
Atklāšana un genoma sekvencēšana
2006. gadā Ca. Carsonella ruddii tika sekvencēta pētnieku grupas, iesaistot RIKEN Japānā un Arizonas Universitāti. Genoms ir apaļa hromosoma ar 159 662 bāzes pāru, un tam ir ārkārtīgi augsts kodēšanas blīvums (apmēram 97 %) — daudz gēnu pārklājas un vidējais gēnu garums ir ļoti samazināts. Paredzēto gēnu skaits bija aptuveni 182, kas to padara par vienu no ģenētiski visvienkāršākajiem zināmajiem organismiem (NCBI-Genome).
Genoma īpašības un funkcijas
Carsonella genomā saglabājas galvenokārt gēni, kas saistīti ar translāciju (ribosomu proteīni, daži tRNA un rRNA komponenti), taču trūkst daudzām citām pamatfunkcijām — piemēram, pilnīgām biosintēzes ceļu ķēdēm un dažiem enzīmiem, kas nepieciešami DNS atjaunošanai vai plašākai metabolismam. Šī ļoti ierobežotā gēnu kopa liecina, ka daudzus nepieciešamos procesus nodrošina saimnieka metabolisms vai citi simbionti, vai arī saimnieks ir attīstījis kompensējošus mehānismus.
Evolūcija un samazinātā genoma nozīme
Spēcīga genoma samazināšanās endosimbiontos parasti ir saistīta ar pastāvīgu dzīvi speciālās saimniekšūnās, nelieliem populācijas izmēriem un vertikālu pārmantošanu no paaudzes uz paaudzi. Proceso veicina mutāciju uzkrāšanās (Muller’a rats) un deleciju tendences, kā arī relatīvi maza selektīvā spiediena vajadzība saglabāt plašu funkciju klāstu. Daži pētnieki argumentē, ka tādas baktērijas kā Carsonella varētu atspoguļot posmu, kurš ved uz organelei līdzīgu statusu — proti, tās funkcijas un daļēji arī molekulārie mehānismi var tikt pakāpeniski integrēti saimniekorganisma bioloģiskajos procesos.
Salīdzinājums ar citiem organismiem
Salīdzinājumam — Mycoplasma genitalium, kuras genoms ir mazākais no visiem brīvībā dzīvojošiem organismiem, satur apmēram 521 gēnu. Daži citi obligātie endosimbionti (piem., noteiktu vaboles vai kukaiņu simbionti) arī demonstrē ļoti samazinātus genomus, tomēr Carsonella izceļas ar īpaši mazu hromosomu un ārkārtīgu kodēšanas blīvumu.
Bioloģiskā un zinātniskā nozīme
Studijas par Carsonella ruddii sniedz svarīgu ieskatu par to, kā simbioze var vadīt genoma evolūciju un kā baktērijas var kļūt par ļoti atkarīgām komponentēm sava saimnieka fizioloģijā. Izpratne par šāda veida genoma sašaurināšanos palīdz arī skaidrot, kā rodas organeles (piemēram, mitohondriji un hloroplasti) un kā gēnu zudums vai pārvietošanās uz saimnieka genoma līmeni var veicināt ciešu saimnieka–simbionta integrāciju.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir Candidatus Carsonella ruddii?
A: Candidatus Carsonella ruddii ir endosimbiotiska gamma proteobaktērija, kas ir sastopama visās floēmas sulām barojošo kukaiņu, kas pazīstami kā psilīdi, sugās.
J: Kāds ir Candidatus Carsonella ruddii genoma lielums?
A: Candidatus Carsonella ruddii genoms ir mazākais zināmais jebkuras baktērijas genoms, un tā apaļā hromosoma sastāv no 159 662 bāzes pāru.
Jautājums: Cik gēnu varētu būt Candidatus Carsonella ruddii?
A: Candidatus Carsonella ruddii paredzamais gēnu skaits ir 182, kas ir mazākais reģistrētais (NCBI-Genome).
J: Kāds ir Candidatus Carsonella ruddii genoma kodēšanas blīvums?
A: Candidatus Carsonella ruddii genoma kodēšanas blīvums ir augsts - 97 %.
J: Kas ir bakterioms?
A: Bakterioms ir specializēta struktūra, kurā atrodas Candidatus Carsonella ruddii endosimbionti.
J: Kā trūkst Candidatus Carsonella ruddii genoma?
A: Šķiet, ka Candidatus Carsonella ruddii genomā trūkst daudzu dzīvībai būtisku gēnu, kas liecina, ka suga, iespējams, ir ieguvusi organellas statusu.
J: Kā Candidatus Carsonella ruddii genoms atšķiras no Mycoplasma genitalium genoma?
A: Mycoplasma genitalium genomā, kam ir mazākais genoms no visiem brīvībā dzīvojošiem organismiem, ir 521 gēns, kas ir ievērojami vairāk nekā Candidatus Carsonella ruddii paredzamo gēnu skaits.
Meklēt