Учёные: Водоросли, живущие внутри клеток саламандры, испытывают сильный стресс

Биологи изучили генетические основы симбиоза позвоночных и водорослей — и для первых он оказался гораздо комфортнее!

Саламандры и фотосинтезирующие бактерии — уникальный пример внутриклеточного симбиоза между позвоночными и микробами. Учёные сравнили активности их генов, обнаружив, что для водорослей жизнь внутри земноводного оказывается стрессом, хотя клетки самого животного будто не замечают появления бактерии. Об этом рассказывает статья, опубликованная

в журнале eLife.

Все позвоночные живут в симбиозе с бактериями, населяющими их собственное тело, особенно густо — отдельные участки желудочно-кишечного тракта. Но когда микробы оказываются внутри клеток позвоночного, то это — почти наверняка паразитизм. Единственное известное исключение было обнаружено командой Райана Керни (Ryan Kerney) в 2011 году. Учёные показали, что клетки водорослей-хлорококков Oophila amblystomatis проникают внутрь клеток саламандры Ambystoma maculatum ещё на ранних стадиях развития эмбриона. Стимулируя нормальный рост организма, они представляют уникальный пример эндосимбиоза между позвоночным животным и фотосинтезирующим микроорганизмом.

Для беспозвоночных такие отношения не редкость — так устроены, например, кораллы. Но иммунная система позвоночных, которая столь эффективно борется с любым микробным вторжением, не позволяет развиться полноценному эндосимбиозу. Бактерии могут населять поверхность тела, водоросли живут в шерсти ленивцев, но проникновение внутрь клеток расценивается организмом как опасность и нейтрализуется. Тем интереснее оказался случай саламандры-амбистомы, который Керни продолжил исследовать совместно с командой Джона Бернса (John Burns) из Музея естественной истории в Нью-Йорке.

Учёные обратили внимание на две группы хлорококков — тех, что покрывают поверхность отложенных амбистомой яиц, и тех, которые оказываются внутри клеток эмбриона, впоследствии распределяясь по его тканям. Авторы проследили за их мРНК — молекулами, которые переносят информацию от ДНК к белкам и отражают активность различных генов. Это позволило найти разницу в метаболизме между двумя группами водорослей — вне- и внутриклеточных.

Оказалось, что снаружи клеток бактерии существуют и фотосинтезируют совершенно нормально, однако при эндосимбиозе переходят к "стрессовому" режиму, что, видимо, связано с дефицитом кислорода. Для выработки энергии водоросли начинают использовать более простые и нетребовательные механизмы брожения, а для восполнения нехватки азота используют аминокислоты из клеток саламандры.

Таким же образом были рассмотрены и клетки саламандры — те, куда проникли водоросли, и те, в которых их нет. Никаких признаков стресса у них учёные не обнаружили, отметив лишь подавление работы некоторых генов, которые обычно активируются для борьбы с вторжением микробов. Это объясняет способность водорослей жить внутри клеток животного, но не отвечает на вопрос о том, какую же пользу этот союз приносит обоим участникам. Обитающие на поверхности яиц бактерии фотосинтезируют и могут подпитывать их органическими и азотсодержащими веществами. Выгода внутриклеточного симбиоза с водорослями остаётся неизвестной.