Zvětšit obrázek

Hmyz Pachypsylla venusta v sobě hostí bakterie s nejmenším genomem (foto: Jerry F. Butler, University of Florida)

Titulu nejmenší genom se ujala endogenní bakterie a bude to zřejmě na hodně dlouho, ne-li natrvalo. Má nejnižší počet genů ze všech buněk, které se kdy studovaly. Tento nově sekvenovaný bakteriální genom, představující kompletní sadu DNA, má jen třetinu toho, co se ještě minulý týden vydávalo za nejmenší genom na Zemi.

Atsushi Nakabachi, post doktorand v laboratoři University of Arizona, první autor publikace ve které bylo zveřejněno přečtení celého genomu symbiotické bakterie Carsonella ruddii. Na čtení genomu se spolupodílelo dalších šest spolupracovníků z pěti amerických a japonských institucí.

Carsonella ruddii, tak se nový adept na zápis do Guinessovy knihy rekordů jmenuje, má pouze 159 662 párů bází. Tyto DNA báze představují 182 protein kódujících genů. Je to překvapení, protože se mělo za to, že k životu je potřeba genů mnohem více.

Když se japonský mladík dal v Americe do práce na bakterii, kterou v sobě nosil hmyz sající mízu na keřích v okolí jeho laboratoře, netušil, jaké překvapení na něj čeká. Mnoho hmyzu se živí sáním šťávy z rostlin. Je to pro ně těžké živobytí, protože tato strava je na živiny chudá. Na řešení tohoto problému si některý hmyz uvnitř svého těla chová hosty. Jsou jimi bakterie. Těm sladká šťáva vyhovuje a svému chlebodárci se za ní odvděčují živinami jako jsou aminokyseliny.

Zvětšit obrázek

Na hmyzím jedinci jsou patrny žluté skvrny, jsou to místa, kde endosymbiotické bakterie jsou součástí buněk těla svého hostitele. Jeden bez druhého se již nemůže obejít. Jsou to svědci evoluce, kdy se z bakterie stává organela. Útvaru ve kterém hostitel svého hosta hýčká, se říká bakteriom. (Foto: Nancy Moran, The University of Arizona)

V tomto případě jde o symbiózu, kdy bakterie žijí uvnitř hostitelových buněk. Samostatně již nemohou přežít. Platí to ale oboustranně. Ani jejich hostitel se bez jejich pomoci není schopen uživit. Hovoří se o endosymbióze a menšímu z partnerů se říká endosymbiont.

Spolupráce hmyzu s bakteriemi je prastarého data a vylepšila se natolik, že hostitel pro tyto bakterie vytváří speciální buňky. Ty vědci nazvali bakteriocyty. Shluky těchto buněk tvoří něco jako orgány a o těchto strukturách se mluví jako o bakteriomech.

Výzkum genomů těchto endosymbiontů je zajímavý především proto, že je malý a přesto je kompletní sadou pokynů, která zajišťuje všechno, co organismus potřebuje k tomu, aby přežil a rozmnožoval se.
Endosymbiotické bakterie žijí ve zvláště chráněném prostředí a mají jednoduchý životní styl. To je ten důvod proč jim stačí k životu jednodušší sada řídících instrukcí. Hodně metabolických drah, bez kterých se volně žijící bakterie neobejdou, byla těmito tvory zapomenuta a za dobu soužití s hmyzem z jejich genomu odvržena. 

 

Carsonella ruddii

Když vědci rozšířili záběr získávání vzorků ke svému studiu i na další keře než jen ty, které jim rostly pod okny laboratoře, ukázalo se, že na celém území státu Arizona má tento druh hmyzu jen jeden druh symbiotické bakterie. Pro čtení genomu to byl ideální případ, protože vše se značně zjednodušilo a práce šla rychleji než se čekalo. Když bylo čtení genomu bakterie dokončeno, odborníky výsledek zaskočil. Ukázalo se jak málo je toho k životu potřeba. Tyto bakterie nemají celou řadu genů, o nichž se dosud tvrdilo, že jsou pro život absolutně nezbytné.

Pravděpodobné vysvětlení je to, že část bakteriálních genů za dobu společného vývoje převzal od bakterií sám hmyz. Hmyz zřejmě poskytuje bakterii metabolity, které netvoří, ale ke svému životu je nutně potřebuje. Jakmile hmyz některé takové geny a jejich funkce od bakterií převzal, staly se pro bakterii nepotřebnými a odhodila je. Carsonella je v závěru své evoluční cesty, je sice ještě bakterií, ale postupně se z ní stává organela.