Биологи впервые превратили свободноживущую бактерию во внутриклеточного симбионта, повторив эволюционную историю появления митохондрий.

Даже весьма далекие от биологии люди помнят, что митохондрии — это «электростанции» эукариотических клеток, необходимые для выработки энергии в форме химических связей в молекулах АТФ. Они окружены собственными двойными мембранами и даже содержат небольшой собственный геном, многими чертами напоминающий геном некоторых бактерий. Неудивительно, что основной теорией их происхождения многие годы остается гипотеза эндосимбиоза.

Она предполагает, что митохондрии некогда были свободноживущими бактериями, которые около 1,5 миллиарда лет назад оказались поглощены клеткой археи и со временем образовали с ней неразрывную связь. Такая «химерная» клетка стала полноценным эукариотом и впоследствии дала начало и растениям, и грибам, и животным. Недавно этот процесс впервые удалось (с определенной степенью условности) воспроизвести в лаборатории. Для этого команда всемирно известного биохимика Питера Шульца (Peter Schultz) воспользовалась великолепно изученными организмами — дрожжами S. cerevisiae и бактериями кишечной палочки E. coli.

В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые отмечают, что превращение свободноживущих микробов во внутриклеточных симбионтов оказалось куда проще, чем рассчитывали авторы. Для этого они, разумеется, «отключили» собственные митохондрии дрожжей, а кроме того, гены кишечной палочки, позволяющие бактерии синтезировать необходимый им витамин В1 (тиамин). Таким образом, и те и другие организмы могли «предложить» друг другу кое-что весьма важное для выживания. Оставалось дополнить бактерии транспортными белками, переносящими АТФ и АДФ через их мембрану.

Бактерии внутри дрожжевых клеток видны за счет окраски флуоресцентным красителем. / ©Paul Webster

Со временем бактериальные клетки разрушались и переваривались клеткой «хозяина», однако ученые внесли в дрожжи гены белков SNARE, позаимствованные у болезнетворных хламидий и препятствующие работе лизосом и других внутриклеточных «систем утилизации». Этого оказалось достаточно: кишечные палочки выживали внутри дрожжей в течение десятков поколений. Микробы успешно производили и выделяли АТФ и сами, в свою очередь, получали от дрожжей тиамин, как при действительно взаимно полезном симбиозе.