Candidatus Carsonella ruddii — endosymbiont owadów z najmniejszym znanym genomem
Candidatus Carsonella ruddii — endosymbiont psyllidów z najmniejszym znanym genomem; zsekwencjonowany 2006, organelle‑like redukcja genów, fascynujący przykład ewolucji symbiozy.
Candidatus Carsonella ruddii jest endosymbiotyczną gamma proteobakterią żyjącą wewnątrz komórek swoich żywicieli. Oznaczenie Candidatus sygnalizuje, że organizmu tego nie udało się dotąd wyizolować i hodować poza gospodarzem; jest więc znany głównie z badań molekularnych i mikroskopowych. Ma najmniejszy znany genom spośród wszystkich bakterii, co czyni go modelem do badań nad skrajną redukcją genomu u endosymbiontów.
Występowanie i relacja z gospodarzem
Gatunek ten jest endosymbiontem występującym u wszystkich gatunków owadów żywiących się sokami floemowymi, znanych jako psyllidy. Endosymbionty te zamieszkują wyspecjalizowane komórki — bakteriecydy (bacteriocytes) — które tworzą zwartą strukturę nazywaną bakteriomem. Symbioza jest z reguły pionowo przekazywana z matki na potomstwo i bywa kluczowa dla przeżycia gospodarza: Carsonella dostarcza owadom metabolitów (np. niezbędnych aminokwasów), których brakuje w ubogim składnikowo soku floemowym. U niektórych gatunków psyllidów występują także dodatkowe, uzupełniające symbionty, które razem z Carsonella tworzą zintegrowane systemy metaboliczne.
Budowa genomu i cechy molekularne
W 2006 roku genom jednego szczepu Ca. C. ruddii został zsekwencjonowany w RIKEN w Japonii i na Uniwersytecie Arizony. Genom jest kolistym chromosomem o długości 159 662 par zasad i charakteryzuje się bardzo wysoką gęstością kodowania (~97%) — wiele genów nakłada się na siebie, a ich długości są silnie zredukowane. Liczba przewidywanych genów wynosi 182, również najniższa w historii (NCBI-Genome).
W genomie Carsonella brakuje wielu genów, które u wolno żyjących bakterii uznawane są za niezbędne do samodzielnego życia. Dotyczy to między innymi fragmentarycznych lub niekompletnych szlaków metabolicznych oraz genów naprawy i utrzymania genomu. Taka ekstremalna redukcja sugeruje, że funkcje brakujących genów są uzupełniane przez genom gospodarza lub przez inne współwystępujące symbionty, co sprawia, że Carsonella przybliża się funkcjonalnie do stanu przypominającego organellum (organelle-like).
Porównania i znaczenie ewolucyjne
Dla porównania, Mycoplasma genitalium, która ma najmniejszy genom spośród wszystkich organizmów żyjących na wolności, ma genom składający się z 521 genów. Carsonella stoi poza typowym zakresem wielkości genomów bakteryjnych i ilustruje, jak długotrwała symbioza może prowadzić do ekstremalnej utraty funkcji genetycznych. W kontekście ewolucyjnym takie przypadki pomagają zrozumieć procesy prowadzące do powstania organelli (np. mitochondriów i plastydów) oraz mechanizmy współzależności genomów gospodarza i symbionta.
Metody badawcze i perspektywy
Badania nad Carsonella ruddii opierają się głównie na sekwencjonowaniu DNA, analizie porównawczej genomów i mikroskopii elektronowej. Ze względu na brak możliwości hodowli in vitro, wiele pytań pozostaje otwartych — m.in. zakres wymiany metabolitów między partnerami, mechanizmy uzupełniania brakujących funkcji oraz ewentualne transfery genów do genomu gospodarza. Zrozumienie tych procesów ma znaczenie zarówno podstawowe (ewolucja symbiozy i redukcja genomu), jak i praktyczne (zarządzanie szkodnikami roślin, których cykle życiowe uzależnione są od symbiontów).
Podsumowując: Carsonella ruddii jest przykładem ekstremalnej redukcji genomu u endosymbiontów; jego niewielki, intensywnie skondensowany genom oraz silna współzależność z gospodarzem czynią go istotnym obiektem badań nad ewolucją symbiozy i powstawaniem struktur organellopodobnych.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest Candidatus Carsonella ruddii?
O: Candidatus Carsonella ruddii jest endosymbiotyczną gamma proteobakterią, która występuje u wszystkich gatunków owadów żywiących się sokami łyka, zwanych psylidami.
P: Jaki jest rozmiar genomu Candidatus Carsonella ruddii?
O: Genom Candidatus Carsonella ruddii jest najmniejszym znanym genomem jakiejkolwiek bakterii i jest to okrągły chromosom o długości 159 662 par zasad.
P: Ile genów przewiduje się w Candidatus Carsonella ruddii?
O: Liczba przewidywanych genów w Candidatus Carsonella ruddii wynosi 182, co jest najniższą wartością w historii (NCBI-Genome).
P: Jaka jest gęstość kodowania genomu Candidatus Carsonella ruddii?
O: Genom Candidatus Carsonella ruddii ma wysoką gęstość kodowania wynoszącą 97%.
P: Co to jest bakteriome?
A: Bakteriom to wyspecjalizowana struktura, w której występują endosymbionty u Candidatus Carsonella ruddii.
P: Czego brakuje w genomie Candidatus Carsonella ruddii?
O: Wydaje się, że w genomie Candidatus Carsonella ruddii brakuje wielu genów uważanych za niezbędne do życia, co sugeruje, że gatunek ten mógł osiągnąć status organelli.
P: Jak wygląda genom Candidatus Carsonella ruddii w porównaniu z genomem Mycoplasma genitalium?
O: Genom Mycoplasma genitalium, która ma najmniejszy genom spośród wszystkich organizmów żyjących na wolności, ma 521 genów, co znacznie przewyższa liczbę przewidywanych genów u Candidatus Carsonella ruddii.
Przeszukaj encyklopedię