Carsonella ruddii — psülliidide endosümbiootiline bakter, maailma väikseim genoom
Carsonella ruddii — psülliidide endosümbiootiline bakter maailma väikseima genoomiga. Avasta organellitaoline evolutsioon, genoomi äärmine kärpimine ja selle bioloogilised mõjud.
Candidatus Carsonella ruddii on endosümbiootiline gammaproteobakter, mis elab sügavalt seotud elusuhtega psülliidide (psyllid) rakkudega. Selle liigi eripära on erakordselt väike ja tihedalt kodeeriv genoom — seni teadaolevalt väikseim kõigist bakteritest.
See liik on endosümbiont, kes elab kõigi psülliidiliikide soomustesse kuuluvates putukates, kes toituvad floemimahlast. Carsonella paikneb putuka spetsiaalsetes rakkudestruktuurides, mida nimetatakse bakterioomideks või bakteriootsüütideks (bacteriocytes). Sümbioos on pikaajaline ja tihe: bakterid kantakse edasi põlvkondade vahel peamiselt vertikaalse (emasest järglasele) ülekande kaudu ning neil on oluline roll peremeesputuka toitainete varustamises.
2006. aastal sekvenseeriti ja analüüsiti ühe tüve genoom Jaapanis RIKENis ning Arizona Ülikoolis. Genoom on 159 662 aluspaari pikkune ringikujuline kromosoom. Sellel on erakordselt suur kodeerimistihedus (umbes 97%), palju kattuvaid geene ja lühendatud geenipikkusi. Ennitatud geenide arv oli vaid 182, mis on üks madalamaid registreeritud väärtusi (vt NCBI Genome). Paljud geenid, mida vabaelu bakteritel peetakse eluks hädavajalikuks — näiteks osad energia-, metaboolse või DNA-hooldusega seotud geenid — näivad puuduvat või olema tugevalt kärbitud, mis viitab sellele, et C. ruddii sõltub tugevalt peremeesorganismist.
Selle äärmiselt vähenenud genoomi tõlgendatakse kui näidet genoomilise degeneratsiooni ja koordineeritud sõltuvuse harjumusest; Carsonella on arenenud nii kaugele, et tema funktsioonid ja geneetiline sõltuvus peremehest meenutavad organellide (näiteks plastiidide või mitokondrite) teket — seepärast kasutatakse vahel terminit organellitaoline staatus. Siiski ei ole C. ruddii tõeline organell: ta säilitab endiselt iseseisva bakteriaalse kromosoomi ja erineb oluliselt näiteks mitokondritest geneetilise või rakustruktuuri poolest.
Carsonella't ei ole võimalik praeguse seisuga kasvatada selle peremeheta laboris, mis raskendab bioloogiliste funktsioonide täpset määramist. Molekulaarsuuringud ja võrdlev genoomika annavad aga tugevaid viiteid, et bakter täidab psülliidide jaoks olulist rolli asendamatute aminohapete ja muude piiravate toitainete sünteesis, mida floemimahl ei paku piisavalt.
Võrdluseks: vabalt elavatest bakteritest väikseima genoomiga tuntud liike on palju suuremate geenivaramutega — näiteks Mycoplasma genitalium, mille genoom sisaldab umbes 521 geeni. Carsonella eristub selle poolest, et tema genoom on veelgi väiksem ja näitab selget suunda koondumisele peremeesliku elustiili poole.
Sümbioosi ja genoomi uuringud C. ruddii näitel annavad olulist teavet mikroskoopilise genoomi piiride, genoomikahjustuste ja sümbioosi evolutsiooni kohta. Edasised uuringud — sh mitme erineva psülliiditüübi Carsonella tüvede võrdlev genoomika — aitavad selgemaks teha, millised geenid on ülimalt kriitilised sümbioosi funktsiooni toetamiseks ning kuidas puuduvad funktsioonid kompenseeritakse peremehe või kaas-sümbiontide kaudu.
Küsimused ja vastused
K: Mis on Candidatus Carsonella ruddii?
V: Candidatus Carsonella ruddii on endosümbiootiline gammaproteobakter, mis esineb kõigis floemimahla toitvate putukate liikides, mida nimetatakse psüllidideks.
K: Kui suur on Candidatus Carsonella ruddii genoom?
V: Candidatus Carsonella ruddii genoom on väikseim teadaolev bakteri genoom ja koosneb 159 662 aluspaarist koosnevast ringikujulisest kromosoomist.
K: Mitu geeni on Candidatus Carsonella ruddii's eeldatavasti olemas?
V: Candidatus Carsonella ruddii prognoositud geenide arv on 182, mis on väikseim teadaolev arv (NCBI-Genome).
K: Milline on Candidatus Carsonella ruddii genoomi kodeerimistihedus?
V: Candidatus Carsonella ruddii genoomi kodeerimistihedus on kõrge, 97%.
K: Mis on bakterioom?
V: Bakterioom on Candidatus Carsonella ruddii spetsialiseerunud struktuur, kus esinevad endosümbiondid.
K: Mis puudub Candidatus Carsonella ruddii genoomis?
V: Candidatus Carsonella ruddii genoomist näivad puuduvat mitmed eluks hädavajalikuks peetavad geenid, mis viitab sellele, et see liik võib olla saavutanud organellitaolise staatuse.
K: Kuidas on Candidatus Carsonella ruddii genoom võrreldav Mycoplasma genitalium'i omaga?
V: Mycoplasma genitalium'i genoomis, mis on kõige väiksema genoomiga vabalt elavatest organismidest, on 521 geeni, mis on oluliselt rohkem kui Candidatus Carsonella ruddii prognoositud geenide arv.
Otsige