细菌可能在进化早期与原生生物共生

日复一日，与你最大的敌人在最小的空间。听起来难以忍受?在微生物世界中，这已经成为数十亿年的日常生活。正如马克斯普朗克海洋微生物研究所和卡尔加里大学的研究人员所做的一项研究所揭示的那样，这种可疑的接近可能导致不寻常的合作关系。

如果你想知道我们的史前祖先是什么样的，你可以通过显微镜一瞥。如果你很幸运，你会发现它们：微小的，单细胞的真核生物 - 也称为原生生物。原生生物是动物，植物和真菌的直系亲属。然而，这些单细胞生物在进化过程中几乎没有改变它们的外观。他们中的许多人仍然完全像他们的祖先多年来一直在做的事情：他们捕杀和吃其他微生物。一群这样的掠夺性原生生物就是所谓的Breviatea。这个群体大约在十亿年前出现 - 当时在深海中缺氧。

作为对氧消耗的适应，Breviates使用相当简单的新陈代谢：发酵。该过程产生的能量显着低于例如细菌硝酸盐呼吸。面对这种情况，Breviates与细菌合作以提高新陈代谢效率不是很方便吗?听起来合乎逻辑。但有一个问题：细菌是Breviates最喜欢的猎物。由Emmo Hamann，Harald Gruber-Vodicka和Marc Strous领导的国际研究小组仍然想知道这种伙伴关系是否可行 - 并提供令人兴奋的见解。

Breviates和Arcobacter-非常好的朋友

最初，哈曼和他的同事们前往德国瓦登海的一个潮汐平台收集沉积物样本。通过一点耐心和适当的营养混合物，他们设法刺激了捕食性的Breviates和硝酸盐呼吸细菌的生长。“Breviate是一个迄今为止未知的物种，”哈曼回忆道。“我们把它命名为Lenisia limosa。” 该细菌属于弓形杆菌属。弓形杆菌名声不好。一些代表在人类和动物的胃肠道中定殖，这可能导致疼痛感染。事实上，Breviates没有肠道，但细菌就在它们的表面上。

“这一发现确实引起了我们的好奇心。为什么一个细菌，其亲属通常与动物一起生活，殖民一个掠夺性的布雷维特?” 来自不来梅马克斯普朗克研究所的Harald Gruber-Vodicka说。为了回答这个问题，研究人员仔细研究了这两种生物的代谢。令他们惊讶的是，他们发现弓形杆菌根本没有害处。弓形杆菌甚至有助于促进Breviates的增长。Gruber-Vodicka说：“Breviates在Arcobacter存在的情况下增长了两倍”。

“通过生长实验和蛋白质分析，我们能够确切地看到当细菌遇到Breviates时会发生什么”，Hamann解释说。“在它们的新陈代谢过程中，Breviates产生氢气。然后这些氢气被细菌去除。当两种生物相互碰撞时，它们会对它们的代谢产生热线。” 这有利于Breviates的发酵代谢，并帮助他们获得更多的能量。“我们发现了这种能量增加所需的几种酶。这些酶只在Arcobacter存在时产生。” 这两种生物都能独自生活。因此，共生不是强制性的。然而，细菌仍然具有很大的优势，因为它们使用释放的氢来呼吸硝酸盐。因此，我们正在处理一个双赢的局面。

合作伙伴如何聚在一起?

研究人员发现与作为动物寄生虫的细菌有惊人的相似之处。“为了使它们的宿主定殖，许多细菌使用特定的蛋白质，这些蛋白质被称为毒力因子，”Gruber-Vodicka说。这些蛋白质有助于细菌附着在宿主表面。“而正是这些蛋白质也分别在Breviates和弓形之间的共生活跃。看来，毒力因子不仅对疾病很重要，但也让掠夺性原生动物和细菌之间的利益关系。如果证明属实，这将改变我们的样子在毒力因素。“

“可能细菌已经发展出它们与原生生物一起在进化的早期形成共生的能力，”现任卡尔加里大学研究主席的Marc Strous说。“通过这些合作伙伴，他们学会了如何识别宿主的组织并在其上生长。后来，他们开始殖民动物。” 但是，需要进一步的研究来证明这一假设。“我们将寻找其他类似的共生体来进一步研究这个问题”，哈曼说。马克斯普朗克研究所和卡尔加里大学研究人员的激动人心的时刻。“谁知道呢?也许很快就会将原型机用作微型时间机器，以便了解当今多种共生的起源。”