Current Biology：细胞如何控制它们的细菌共生体

现代真核细胞含有大量所谓的细胞器，它们曾经是独立的细菌。为了了解这些细菌在进化过程中是如何整合到细胞中的，以及它们是如何被控制的，来自海因里希·海涅大学(Heinrich Heine University)微生物细胞生物学研究所Düsseldorf (HHU)的一个研究小组研究了单细胞鞭毛藻deanei，其中含有一种相对最近被吸收的细菌。在《当代生物学》杂志上，生物学家们描述了鞭毛虫中的某些蛋白质是如何控制细菌的细胞分裂过程的。

　　

   

   

图片:在鞭毛虫deanei中，一种生活在昆虫肠道中的单细胞真核生物，每个细胞都含有一个细菌共生体——如图洋红色所示。鞭毛虫的细胞核及其线粒体基因组显示为青色。    

图源:HHU/Anay Maurya

现代真核细胞含有大量所谓的细胞器，它们曾经是独立的细菌。为了了解这些细菌在进化过程中是如何整合到细胞中的，以及它们是如何被控制的，来自海因里希·海涅大学(Heinrich Heine University)微生物细胞生物学研究所Düsseldorf (HHU)的一个研究小组对单细胞鞭毛虫进行了研究Angomonas deanei其中含有一种最近才开始研究的细菌。在杂志中当代生物学生物学家现在描述了鞭毛虫中的某些蛋白质是如何控制细菌的细胞分裂过程的。  

在进化过程中，现代真核细胞(有细胞核的细胞)已经从环境中吸收了细菌。这些细胞已经将合并的细菌置于它们的控制之下，现在利用它们进行重要的功能，如代谢过程。这样，细菌就变成了细胞器。由这种“内共生体”(细胞内的共生体)产生的细胞器包括“细胞的动力”线粒体和叶绿体，植物在叶绿体中进行光合作用。这发生在15亿到20亿年前。

细胞器的细菌前身拥有自己的遗传物质，它们的基因组显著减少，这意味着随着时间的推移，它们越来越依赖于宿主细胞。它们的新陈代谢、蛋白质组成和繁殖现在在很大程度上由宿主生物控制。

但是从进化的角度来看，这种适应过程是如何发生的呢?为了找到答案，由Eva Nowack教授领导的工作小组对Angomonas deanei展开了研究，这是一种生活在昆虫肠道中的鞭毛虫。这种模式生物特别适合回答这个问题，因为这些单细胞生物中的每一个都只包含一个共生细菌，这是相对较近的(在4000万到1.2亿年前)。这种细菌为宿主提供维生素和某些代谢物。

与线粒体和叶绿体类似，与自由生活的亲戚相比，这种细菌的基因组已经减少了，但还没有达到与传统细胞器相同的程度。然而，这种整合的进展足以使细胞分裂同步发生:当宿主生物分裂时，细菌也分裂——只有一次，其中一部分进入每个新的鞭毛细胞。

研究小组想要找出宿主细胞如何控制内共生体。他们检查了它的蛋白质组成，发现一定数量的蛋白质从宿主细胞转移到内共生体。其中三个蛋白质在其分裂位点周围形成一个环。

研究人员通过将这些蛋白质与已知的蛋白质序列进行比较，能够预测其中两种蛋白质的功能。其中一种类似于蛋白质“动力蛋白”，可以聚合成可收缩的螺旋链。另一种蛋白质，即所谓的肽聚糖水解酶，已知能够破坏细菌细胞壁。

在线粒体和叶绿体中，类动力蛋白也在细胞器分裂位点周围形成一个环，这个环的收缩有助于细胞器的裂变。此外，一些叶绿体的分裂需要肽聚糖水解酶来分解这些细胞器分裂部位的细菌细胞壁残余物。

Nowack教授:“我们的工作表明，真核宿主细胞可以在内共生关系进化的相对早期阶段将某些蛋白质转移到内共生体。这些蛋白质使细胞能够控制共生体。

文章标题

Host-symbiont interactions in Angomonas deanei include the evolution of a host-derived dynamin ring around the endosymbiont-division site