Bakterie, które zamieniają ameby w farmerów

Amebą, o którą chodzi, jest Dictyostelium discoideum, pseudoplazmodium lub Dicty dla jej przyjaciół. Żyje głównie jako pojedyncza komórka, która otacza i zjada bakterie. Kiedy jednak żywności jest mało, te pojedyncze komórki zbierają się i zlewają w wielokomórkową nibyśluźnię. Nibyśluźnia pełznie aż znajdzie dobre miejsce, gdzie wyciąga się w górę, by stworzyć kulę na czubku trzonka. Kula pełna jest zarodników, które z czasem rozwiewają się obsadzając jakiś odległy (i może obfitszy w pokarm) obszar nowymi amebami.

W 2011 r. Debra Brock i jej koledzy pokazali, że Dicty czasami upakowuje gatunki jadalnych bakterii w nibyśluźnię i w zarodniki. Kiedy zarodniki lądują w nowym miejscu, ich ładunek bakterii mnoży się, tworząc gotową żywność. Brock nazwała te noszące bakterie ameby “farmerami”. Taszczą swoją “uprawę” ze sobą i “sadzą” ją, żeby dostarczyła posiłki na nieznanym terenie.

Metafora jest trafna, ale jak wszystkie metafory, niesie ze sobą bagaż. Sugeruje, że ameby aktywnie panują nad swoimi bakteryjnymi uprawami – a to nie całkiem jest prawdą. Ten sam zespół naukowców pod kierownictwem Joan Strassmann i Davida Quellera z Washington University w St Louis, odkrył teraz, że to niektóre bakterie potrafią zamienić Dicty w farmerów!

Zespół wiedział już, że te szczepy Dicty niosą zróżnicowane społeczności bakterii. Są wśród nich gatunki takie jak Klebsiella, które służą jako pokarmi inne, niejadalne mikroby, które zabierają się na przejażdżkę. Choć te niejadalne mikroby są inne u różnych ameb, badaczka Suzanne DiSalvo odkryła, że jeden gatunek – Burkholderia – był uniwersalny. Pojawiał się u wszystkich farmerów.

Burkholderia ma zamiłowanie do symbiozy – to jest, do tworzenia związków z innymi organizmami. Istnieją szczepy, które powodują oportunistyczne infekcje u ludzi, które pozwalają owadom na natychmiastową oporność na środki owadobójcze, które darowują zwierzętom geny produkujące antybiotyki i które dostarczają rozmaitych korzyści roślinom. Co robią te, które są w Dicty?

DiSalvo z czasem zrozumiała, że są one w znacznej mierze (a może całkowicie) odpowiedzialne za farmerski styl życia Dicty. Mogła zamienić niefarmerskie ameby w przenoszących bakterie farmerów przez danie im właściwych szczepów Burkholderia. I mogła trwale “wyleczyć” farmerskie ameby z ich zdolności przenoszenia bakterii przez podanie im antybiotyków. „To było fascynujące i zdumiewające” – mówi Strassmann.

Nie jest jasne, jak Burkholderia to robi, ale fakt, że ameby nie mogą jej jeść, jest prawdopodobnie ważny. “Sądzę, że Burkholderia zakażają Dicty i zakłócają jakiś proces, dzięki któremu trawi bakteryjne pożywienie” – zgaduje DiSalvo. Oznacza to, że nieumyślnie Dicty nosi teraz inne bakterie, które normalnie strawiłaby. To jest podstawa zachowania farmerskiego: zdolność przechowania mikrobów bez zaszkodzenia im, zamiast natychmiast zamienić je w pokarm. Burkholderia, przez egoistyczne ochranianie się przed strawieniem, daje także amebom podstawę do ich agrokultury.

Ta transformacja kosztuje. Dicty jest w oczywiście niekorzystnej sytuacji, jeśli nie może sprawnie trawić pokarmu. DiSalvo odkryła, że jeśli jest wokół wiele żywności, farmerzy produkują mniej zarodników niż niefarmerzy i odnoszą mniejsze sukcesy. Kiedy jednak żywności jest mało, szale kosztów i zysków zamieniają się. Teraz farmerzy, którzy potrafią przenieść bakterie na nowe pastwiska, dają sobie radę lepiej niż ich niefarmerscy krewni.

Te wyniki pokazują jeden z najważniejszych aspektów symbiozy i to taki, którego się często nie zauważa: symbioza jest kontekstowa. Ten sam mikrob może być szkodliwy dla swojego gospodarza w jednym układzie, ale korzystny w innym. W jednym kontekście jest pasożytem, w innym jest mutualistą. „Ta praca naświetla kruchość początków symbioz” – mówi John McCutcheon z University of Montana, który recenzował tę pracę. “Pokazuje jak patogeniczne i mutualistyczne rezultaty mogą chwiać się na dość cienkiej krawędzi, przechylając w jedną lub drugą stronę w sposób zależny od skomplikowanych czynników środowiskowych”.

Jest to także wspaniały przykład, jak bakteria może wpłynąć bezpośrednio na zachowanie bardziej złożonego gospodarza, dodaje McCutcheon. Choć wielu naukowców bada mikroby ciała ludzkiego i ich efekty na nasze zdrowie i zachowanie, te badania są niemal wyłącznie korelacyjne. To jest, porównują po prostu społeczności mikrobów u różnych grup ludzi. Z prostszymi organizmami jednak, takimi jak Dicty, zespół Strassmann nie jest tak ograniczony. Mogą prowadzić eksperymenty.

Zespół próbuje teraz powoli wyłączać geny Burkholderia, żeby zidentyfikować te, które pomagają skolonizować Dicty. Badają cykle infekcji pod mikroskopem. I przyglądają się substancjom chemicznym, których używają ci partnerzy do wzajemnej komunikacji. “To jest fajerwerk” – mówi Strassmann.

Źródło: DiSalvo, Haselkorn, Bashir, Jimenez, Brock, Queller & Strassmann. 2015. Burkholderia bacteria infectiously induce the proto-farming symbiosis of Dictyostelium amoebae and  food bacteria. PNAS http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1511878112

The Bacteria That Turn Amoebas Into Farmers

Not Exactly Rocket Science, 24 sierpnia 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska