Drobnoustroje niezdolne do rozkładania węglowodanów należą do nowo zidentyfikowanej rodziny bakterii morskich.
Niemiecko-amerykański zespół badawczy, kierowany przez profesor Ilianę Baums z Instytutu Funkcjonalnej Różnorodności Biologicznej Morza im. Helmholtza na Uniwersytecie w Oldenburgu (HIFMB) i dr Samuela Vohsena z Uniwersytet Lehigh w Stanach Zjednoczonych zidentyfikował dwie bardzo niezwykłe bakterie gatunek w tkance dwóch gatunków koralowców głębinowych z Zatoki Meksykańskiej.
Te nieznane wcześniej symbionty koralowców mają wyjątkowo zredukowany genom i brak im zdolności do pozyskiwania energii z węglowodanów – podaje zespół w artykule opublikowanym w czasopiśmie naukowym Komunikacja przyrodnicza. „Te gatunki to imponujący przykład tego, jak niewiele genów potrzeba do funkcjonowania organizmu funkcjonalnego” – mówi Baums, współautor artykułu.
Zespół badawczy zbadał kilka kolonii dwóch gatunków koralowców miękkich, Callogorgia delta i Callogorgia Americana, które występują w Zatoce Meksykańskiej na głębokościach od 300 do 900 metrów, gdzie jest całkowicie ciemno. Naukowcy odkryli dwa nieznane wcześniej, blisko spokrewnione gatunki z klasy bakterii Mollicutes. Mollicutes często żyją jako pasożyty na komórkach roślin, zwierząt i ludzi lub w nich, a w niektórych przypadkach powodują choroby. Na podstawie analiz genetycznych badacze proponują nową rodzinę o nazwie Oceanoplasmataceae, do której należy przypisać obie bakterie.
Dalsze badania wykazały, że bakterie są dominującymi symbiontami tych koralowców i żyją w galaretowatej warstwie tkanki, która stanowi część ich układu odpornościowego i transportuje składniki odżywcze. Jeden z gatunków (Oceanoplasma callogorgiae) zawiera jedynie 359 genów kodujących białka pełniące różne funkcje metaboliczne. Drugi (Thalassoplasma callogorgiae) ma 385 genów kodujących białka. Dla porównania, bakteria jelitowa Escherichia coli zawiera ponad 4000 takich genów, podczas gdy u człowieka około 21 000.
Amino kwas jest ich jedynym źródłem energii
Pytanie, jak metabolizm dwóch nowo odkrytych drobnoustrojów może funkcjonować przy tak zredukowanym genomie, pozostaje dla badaczy tajemnicą: „Te bakterie nie noszą nawet genów odpowiedzialnych za prawidłowy metabolizm węglowodanów, innymi słowy, pozyskiwanie energii z węglowodanów – coś, co ma zasadniczo każdy żywy organizm” – wyjaśnia Baums.
Według dotychczasowych badań ich jedynym źródłem energii jest aminokwas arginina, którego dostarcza koralowiec żywiciel. „Ale rozkład tego aminokwasu dostarcza jedynie niewielkich ilości energii. To zdumiewające, że bakterie mogą przetrwać na tak niewielkiej ilości żywności” – mówi Vohsen. Bakterie pozyskują także inne niezbędne składniki odżywcze od żywiciela.
Nie jest jasne, czy drobnoustroje są wyłącznie pasożytami, czy też koralowce czerpią w jakiś sposób korzyści ze swoich symbiontów. Według analizy genetycznej naukowców te dwa gatunki bakterii wykorzystują różne mechanizmy obronne zwane systemami CRISPR/Cas w celu usuwania obcych substancji DNA. Systemy te są również wykorzystywane w biotechnologii do edycji genów. Naukowcy wysuwają hipotezę, że mechanizmy te mogą być również przydatne dla koralowców żywicielskich, pomagając im w walce z patogenami. Inną możliwością jest to, że bakterie dostarczają gospodarzowi azot podczas rozkładu argininy.
Dla Baumsa, którego badania skupiają się zarówno na ekologii, jak i ewolucji koralowców, symbionty dają możliwość uzyskania dalszego wglądu w historię tej zróżnicowanej grupy zwierząt. „Zawsze zdumiewa mnie, że koralowce mogą kolonizować tak wiele różnych siedlisk, mimo że są zwierzętami bardzo prostymi pod względem wzorca genetycznego” – mówi badacz.
Wyjaśnia, że symbionty odgrywają kluczową rolę w zdolności koralowców do przystosowania się do różnych warunków środowiskowych: „Zapewniają funkcje metaboliczne, których brakuje samym koralowcom”. Na przykład koralowce tropikalne żyjące w płytkich, zalanych światłem wodach są uzależnione od fotosyntetycznych glonów, które zapewniają im pożywienie i energię. Uważa się, że koralowce zimnowodne, z których wiele żyje w ciemnych i ubogich w składniki odżywcze głębokich morzach, wykorzystują bakterie do przetwarzania składników odżywczych lub pozyskiwania energii ze związków chemicznych.
Odniesienie: „Odkrycie głębinowych symbiontów koralowców z nowego kladu bakterii morskich o poważnie zredukowanych genomach”: Samuel A. Vohsen, Harald R. Gruber-Vodicka, Santiago Herrera, Nicole Dubilier, Charles R. Fisher i Iliana B. Baums , 4 listopada 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-53855-5
Baums, ekolog ewolucyjny i ekspert ds. koralowców, prowadzi badania w Instytucie Helmholtza ds. Funkcjonalnej Różnorodności Biologicznej Morza na Uniwersytecie w Oldenburgu (HIFMB) oraz jest profesorem na Uniwersytecie w Oldenburgu oraz w Instytucie Alfreda Wegenera, Centrum Badań Polarnych i Morskich Helmholtza w Bremerhaven. Oprócz profesora Baumsa i dr Vohsena w badania zaangażowani byli także naukowcy z Instytutu Mikrobiologii Morskiej Maxa Plancka w Bremie, Uniwersytetu w Kilonii i Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii w USA.
