_ Creșterea microbiană trișori în medii limitate de fier: Studiul dezvăluie istoria lor evolutivă

Competiția și cooperarea sunt forțe fundamentale care guvernează dinamica evolutivă și ecologică între specii. Echilibrul dintre aceste forțe variază în funcție de contexte ecologice, unele medii favorizând comportamente de cooperare care promovează beneficii reciproce, în timp ce altele recompensează strategiile competitive care maximizează fitness-ul individual.

Din comunitățile microbiene, substanțele chimice care sunt secretate în mediu oferă oportunități atât pentru cooperare, cât și pentru exploatare, dând naștere în unele cazuri la „înșelători” microbieni. Acești trișori exploatează comportamentele de cooperare ale omologilor lor, beneficiind de compușii secretați fără a plăti costurile metabolice de producție.

Într-un nou articol publicat în Molecular Biology and Evolution, cercetătorii de la Universitatea din Wisconsin-Madison și Universitatea Vanderbilt dezvăluie istoria evolutivă a moleculelor de absorbție a fierului secretate în drojdii, aruncând o lumină nouă asupra dinamicii cooperative și competitive care modelează comunitățile microbiene limitate de fier.

Majoritatea organismelor necesită fier pentru numeroase procese biologice, dar nu sunt capabile să facă absorb cea mai comună formă de fier din mediu. Prin urmare, fierul este adesea o resursă limitată în comunitățile biologice. Pentru a depăși această penurie, microorganismele au dezvoltat capacitatea de a capta fierul din mediu folosind siderofori, molecule cu o mare afinitate pentru tipul de fier găsit în mediu.

Sideroforii sunt sintetizați în interiorul celulei și apoi secretați. în mediu, unde se leagă de fier; moleculele legate de fier trebuie apoi importate înapoi în celulă înainte ca fierul să poată fi eliberat și utilizat în metabolismul celular. Sideroforii secretați în mediul înconjurător pot fi exploatati de înșelători, care obțin un avantaj de fitness prin preluarea sideroforilor legați de fier fără a investi energie în producția lor.

În timp ce majoritatea drojdiilor nu sunt capabile să producă siderofori, o echipă de cercetare a condus de Chris Hittinger a descoperit că drojdiile din clada Wickerhamiella/Starmerella (W/S) ar putea produce un siderofor numit enterobactin. Genele necesare pentru a sintetiza enterobactina au fost aparent transferate orizontal de la o bacterie antică în strămoșul drojdiilor W/S.

În mod intrigant, totuși, drojdiile W/S nu au avut nicio modalitate aparentă de a reimporta sideroforul de enterobactină odată ce a ajuns. a fost legat de fier. „Nu am găsit nicio genă bacteriană care să codifice un transportor de enterobactină în genomul lor”, spune Liang Sun, autorul principal al noii lucrări.

„Secretarea enterobactinei fără a o aduce înapoi în celulă pentru absorbția fierului ar fi nu ar fi o mișcare inteligentă pentru o celulă de drojdie, așa că am fost foarte curioși cum ar putea acele drojdii să utilizeze fierul legat de enterobactina.”

Pentru a rezolva acest puzzle, echipa a căutat genomul Starmerella bombicola. pentru un mecanism alternativ de transport siderofor. Prin experimente țintite de perturbare a genelor și analize filogenomice, echipa a identificat o genă cunoscută sub numele de ENB1 ca fiind crucială pentru absorbția fierului legat de enterobactina în St. bombicola. În mod surprinzător, ENB1 este o genă fungică veche, care este probabil să dateze din urmă cu sute de milioane de ani, precedând divergența descendenței fungice Basidiomycota și Ascomycota.

Analize ulterioare au relevat o istorie complexă a ENB1 în drojdii. Cercetătorii au propus că ENB1 a fost transferat pe orizontală de la un strămoș al cladei W/S la o linie antică de Saccharomycetales, grupul care include Saccharomyces cerevisiae, care este folosit pentru a face pâine, bere și vin. Acest transfer, împreună cu dublările și pierderile ulterioare de gene, a modelat distribuția neregulată a utilizării enterobactinei observată în prezent printre drojdii.

Aceste descoperiri au câteva implicații interesante pentru istoria absorbției fierului în drojdie. Întrucât absorbția de enterobactină este aparent anterioară capacității de a produce enterobactină în drojdiile W/S, strămoșii acestei clade au fost probabil trișori care au beneficiat de producția de enterobactină de către alți microbi din mediul lor.

Ulterior, W/ Clada S a dobândit gene de biosinteză a enterobactinei de la o bacterie într-un context ecologic în care a fi producător era mai avantajos decât a fi un trișor.

Pe baza a ceea ce se știe despre distribuția acestor drojdii, autorii studiului propun că acest lucru s-a întâmplat într-un intestin de insectă, unde competiția pentru fier între bacterii, drojdii și gazdă poate fi acerbă. Capacitatea drojdiilor W/S de a produce enterobactină și de a o importa folosind transportorul Enb1 poate să fi oferit un avantaj de fitness în acest mediu extrem de competitiv, limitat de fier.

În schimb, reținerea ENB1 la trișori. precum S. cerevisiae „poate fi asociate cu nișe ecologice în care cohabitanții bacterieni și fungici produc enterobactină ca răspuns la deficitul de fier”, potrivit autorilor studiului. „Dimpotrivă, pierderea ENB1 poate să fi avut loc la drojdiile care locuiesc în medii cu disponibilitate relativ mare a fierului sau unde producătorii de enterobactină sunt absenți.”

Deși aceste rezultate sunt intrigante, sunt necesare cercetări suplimentare pentru a descoperi pe deplin mecanismele. prin care genele enterobactinei fungice și bacteriene s-au integrat în drojdiile W/S. Potrivit lui Sun, aceste gene trebuie să fie strâns co-reglementate, deoarece „secreția și importul dezechilibrat de enterobactină ar putea împiedica absorbția fierului și, ulterior, pot duce la defecte de creștere la drojdii.”

Din păcate, Sun notează că metabolismul iar rețelele de reglementare ale acestor drojdii nu sunt bine înțelese, ceea ce ar putea face studiile viitoare dificile, „Studiul reglementării acestei căi particulare poate necesita, prin urmare, efort suplimentar pentru a completa unele dintre aceste lacune.”

În ciuda acestor obstacole. , acest sistem oferă un model unic pentru cercetări ulterioare privind dinamica evolutivă a transportatorilor siderofori din drojdii și rolul lor în promovarea cooperării și a înșelăciunii în cadrul comunităților microbiene.

(Fluierul)