Candidatus Carsonella ruddii — endoszimbionta pszilidákban, a legkisebb genommal
Candidatus Carsonella ruddii: a pszilidák endoszimbiontája a legkisebb ismert genommal (159 kb), organellumszerű génhiányokkal — evolúciós és genomikai kutatások fókusza.
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.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a Candidatus Carsonella ruddii?
V: A Candidatus Carsonella ruddii egy endoszimbionta gamma-proteobaktérium, amely jelen van a pszilidáknak nevezett, floemnedvvel táplálkozó rovarok minden fajában.
K: Mekkora a Candidatus Carsonella ruddii genomjának mérete?
V: A Candidatus Carsonella ruddii genomja a legkisebb ismert baktérium genomja, amely egy 159 662 bázispárból álló körkörös kromoszóma.
K: Hány gént feltételezünk a Candidatus Carsonella ruddii-ben?
V: A Candidatus Carsonella ruddii-ben a megjósolt gének száma 182, ami a legalacsonyabb a nyilvántartásban (NCBI-Genome).
K: Mekkora a Candidatus Carsonella ruddii genomjának kódolási sűrűsége?
V: A Candidatus Carsonella ruddii genomja magas, 97%-os kódolási sűrűséggel rendelkezik.
K: Mi az a bakteriom?
V: A bakterióma egy speciális struktúra, ahol a Candidatus Carsonella ruddii endoszimbiontái előfordulnak.
K: Mi hiányzik a Candidatus Carsonella ruddii genomjából?
V: Úgy tűnik, hogy számos, az élethez nélkülözhetetlennek tartott gén hiányzik a Candidatus Carsonella ruddii genomjából, ami arra utal, hogy a faj elérhette az organellaszerű státuszt.
K: Hogyan viszonyul a Candidatus Carsonella ruddii genomja a Mycoplasma genitalium genomjához?
V: A Mycoplasma genitalium genomja, amely a legkisebb genommal rendelkezik a szabadon élő szervezetek közül, 521 gént tartalmaz, ami lényegesen több, mint a Candidatus Carsonella ruddii előre jelzett génjeinek száma.
Keres