A Candidatus Carsonella ruddii egy endoszimbionta gamma proteobaktérium, amely a legkisebb ismert baktériumgenomok egyikét viseli.

Elterjedés és gazdaspecifitás

A faj egy endoszimbionta, amely a pszilidáknak nevezett, a floémnedvet tápláló rovarok szinte minden faja számára kötelezően jelen van. Az endoszimbionta speciális sejtekben, a bakteriócitákban található, amelyek összessége a bakterióma néven ismert szerkezetet alkotja a rovarok testében. A Carsonella az evolúció folyamán szoros együttélés és ko-speciáció révén vált a gazdák életmódjához alkalmazkodó, függő helyzetű szimbiontává: anyáról utódra (vertikálisan) öröklődik.

Genom jellemzői

2006-ban a Ca. Carsonella ruddii génállományát a japán RIKEN-ben és az Arizonai Egyetemen szekvenálták. A genom egy 159 662 bázispárból álló, körkörös kromoszóma, amely rendkívül nagy kódolási sűrűséggel rendelkezik (körülbelül 97%), sok átfedő génnel és jelentősen lerövidült génhosszokkal. A megjósolt gének száma 182 volt, ami szintén a legalacsonyabbak közé tartozik a nyilvántartásokban (NCBI-Genome).

A Carsonella genomja erősen redukált: számos, a szabadon élő sejtek életfenntartásához hagyományosan nélkülözhetetlennek tartott gént elveszített. Emellett jellemző rá a nagyon alacsony GC-tartalom és a tömör szerkezet, amely a funkciók maximalizálását szolgálja a lehető legkevesebb genetikai anyag mellett.

Funkciók és kölcsönhatás a gazdával

Bár a Carsonella sok génjét elvesztette, bizonyos aminosav- és koenzim-bioszintézishez szükséges géneket megtartott vagy csökkentett formában hordoz, ezért valószínűleg kiegészítő tápanyagforrást biztosít a gazda számára, különösen a floémnedv hiányos táplálkozási összetétele esetén. A hiányzó funkciókat a gazda genomja, más kísérő endoszimbionták, illetve közös metabolikus útvonalak pótolhatják: ez a közös együttműködés az oka annak, hogy a Carsonella maga önmagában már nem képes önálló életre.

Tudományos jelentőség és vita

A Carsonella rendkívül redukált genomja miatt gyakran említik az organellumszerűség lehetősége kapcsán: a nagymértékű génvesztés és a gazdával kialakult kölcsönös függés hasonlít a mitokondriumok és kloroplasztiszok eredetére vezetett folyamatokra. Ugyanakkor a Carsonella továbbra is baktériumként tekinthető, és a kérdés, hogy mikor tekinthető egy endoszimbionta valóban organellumnak (pl. amikor lényeges génjei a gazda genomba kerülnek és függ a gazda életciklusától), továbbra is kutatási téma. A tanulmányok rámutattak arra is, hogy a gazda genomja időnként átvehet bizonyos funkciókat (horizontális géntranszfer vagy gazdagazda adaptáció révén), ami tovább alakítja a szimbiózis természetét.

Összehasonlítás más szervezetekkel

Ehhez képest a Mycoplasma genitalium, amely a legkisebb genommal rendelkezik a szabadon élő szervezetek közül, 521 génből áll. Más ismert endoszimbionták (például a Buchnera-félék) genomjai nagyobbak és funkcionálisabbak, ami jól szemlélteti a Carsonella extrém redukcióját és speciális alkalmazkodását a pszilid gazdák biológiájához.

Összefoglalva, a Carsonella ruddii példaértékű modell az endoszimbionta evolúció, a genomcsökkenés és a gazda–szimbionta kölcsönhatások tanulmányozásában; a faj genomjának vizsgálata fontos betekintést nyújt abba, hogyan válhat egy egykori szabadon élő baktérium hosszú távon a gazda életében nélkülözhetetlenné és milyen irányba tolódhat el az organellum felé vezető evolúciós út.