Candidatus Carsonella ruddii: endosimbiont z najmanjšim znanim genomom
Candidatus Carsonella ruddii — endosimbiont psyllidov z najmanjšim znanim genomom (159.662 bp). Izguba številnih esencialnih genov nakazuje prehod v organel.
Candidatus Carsonella ruddii je endosimbiotska gama proteobakterija. Ima najmanjši znani genom med vsemi bakterijami. Gre za primarnega endosimbionta, tesno povezanega z življenjskim ciklom svojih gostiteljic, pri katerih ima ključno vlogo pri zagotavljanju hranil, ki jih gostitelj ne more pridobiti iz svoje prehrane.
Vrsta je endosimbiont, ki je prisoten pri vseh vrstah žuželk, ki se prehranjujejo s floemskim sokom in so znane kot psyllidi. Endosimbiont se nahaja v specializirani strukturi, imenovani bakteriom (tkanina iz posebnih celic – bakteriocitov), kjer živi intracelularno in se prenaša navpično z mater na potomce. Zaradi prehrane gostiteljev, ki je revna z esencialnimi aminokislinami in vitamini, Carsonella prispeva k sintezi in dobavi nekaterih teh snovi, s čimer omogoča preživetje in razmnoževanje psyllidov.
Genom in značilnosti
Leta 2006 je bil genom enega seva Ca. C. ruddii sekvenciran v sodelovanju med raziskovalci na RIKEN na Japonskem in Univerzi v Arizoni. Genom je krožni kromosom dolg 159.662 baznih pari in izstopa po izjemno visoki gostoti kodiranja (približno 97 %). Značilnosti genoma vključujejo številne prekrivajoče se gene, močno zmanjšano dolžino genov in zelo kompaktno urejen genetski zapis.
- Velikost: 159.662 bp (krožni kromosom)
- Predvideni geni: 182 (ena najnižjih vrednosti za bakterije; navedeno v NCBI‑Genome)
- Kodirna gostota: ~97 % s številnimi prekrivajočimi se geni
Številni geni, ki jih običajno štejejo za bistvene za samostojno življenje (npr. tisti za sintezo nekaj osnovnih metabolitov, popravilo DNA ali nekatere dele centralnega metabolizma), pri Carsonelli manjkajo. To kaže, da bakterija močno zanaša na gostitelja in/ali na druge spremljevalne endosimbionte za dopolnitev izpadajočih funkcij. Zaradi takega ekstremnega zmanjšanja genoma so raziskovalci predlagali, da bi se Carsonella lahko nahajala na evolucijski poti proti statusu organele, čeprav za dokončno potrditev takšnega prehoda manjkajo neposredni dokazi o prenosu genov v jedro gostitelja ali o mehanizmih ciljanja proteinskih produktov nazaj v bakterio.
Evolucijski pomen in posledice
Carsonella ruddii predstavlja ekstremni primer ko-evolucije med mikroorganizmom in njegovim eukariotnim gostiteljem ter izziv za opredelitev minimalnega genoma, potrebnega za življenje. Značilnosti njenega genoma omogočajo vpogled v procese degeneracije in specializacije endosimbiontov, ki se dolgoročno prilagajajo postojanju v varnem notranjem okolju gostitelja. Takšno zmanjšanje genetskega repertoarja pogosto vodi do močne recipročne odvisnosti: gostitelj nudi zaščito in metabolite, endosimbiont pa zagotavlja tiste snovi, ki jih gostitelj ne more pridobiti iz hrane.
Za primerjavo, genom Mycoplasma genitalium, ki ima najmanjši genom med vsemi prosto živečimi organizmi, vsebuje okoli 521 genov — kar jasno pokaže, kako skrajno zreduciran je genom Carsonelle v primerjavi tudi z najmanjšimi samostojnimi bakterijami.
Opombe za nadaljnje raziskave
- Preučevanje metabolnih poti, ki jih še ohranja Carsonella, pomaga razumeti, katere funkcije so ključne za simbiozo in katere sta prevzela gostitelj ali drugi endosimbionti.
- Izkazovanje prenosa genov iz endosimbionta v jedro gostitelja ali nasprotno bi potrdilo stopnjo integracije, podobne organelom, kot so mitohondrij in plastidi pri rastlinah.
- Sistematične primerjave različnih sevov Carsonella in njihovo razmerje z različnimi vrstami psyllidov lahko razkrijejo dinamiko so-evolucije in stopnje specializacije.
Carsonella ruddii ostaja pomemben modelni organizem za razumevanje procesov genetske redukcije, simbiotske odvisnosti in mej življenjske kompleksnosti pri minimalnih genomih.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je Candidatus Carsonella ruddii?
O: Candidatus Carsonella ruddii je endosimbiotska gama proteobakterija, ki je prisotna v vseh vrstah žuželk, ki se prehranjujejo s floemskim sokom in so znane kot psillide.
V: Kakšna je velikost genoma bakterije Candidatus Carsonella ruddii?
O: Genom Candidatus Carsonella ruddii je najmanjši znani genom katere koli bakterije in je krožni kromosom s 159 662 baznimi pari.
V: Koliko genov je predvidoma prisotnih v bakteriji Candidatus Carsonella ruddii?
O: Število predvidenih genov v Candidatus Carsonella ruddii je 182, kar je najmanj doslej (NCBI-Genome).
V: Kakšna je gostota kodiranja genoma Candidatus Carsonella ruddii?
O: Genom Candidatus Carsonella ruddii ima visoko gostoto kodiranja, ki znaša 97 %.
V: Kaj je bakteriom?
O: Bakteriom je specializirana struktura, v kateri se pri bakteriji Candidatus Carsonella ruddii pojavljajo endosimbionti.
V: Kaj manjka v genomu bakterije Candidatus Carsonella ruddii?
O: V genomu Candidatus Carsonella ruddii manjkajo številni geni, ki veljajo za bistvene za življenje, kar kaže na to, da je vrsta morda dosegla status organel.
V: Kako se genom Candidatus Carsonella ruddii razlikuje od genoma Mycoplasma genitalium?
O: Genom Mycoplasma genitalium, ki ima najmanjši genom med vsemi prosto živečimi organizmi, ima 521 genov, kar je bistveno več od števila predvidenih genov v Candidatus Carsonella ruddii.
Iskati