Paddenstoel steelt het gevoel van zwaartekracht van bacteriën

Schimmel neemt de genetische blauwdruk over voor een eiwitkristal van microben

De vruchtlichamen van de schimmel Phycomyces blakesleeanus groeien recht omhoog om een ​​dicht gazon te vormen. Elke stengel is een enkele cel die zich uitstrekt tot een structuur van één tot drie centimeter hoog. Bovenaan zijn de sporen. Vergroting: het Octin-kristal meet ongeveer vijf micron en is dus veel groter dan de bacteriën (één tot twee micron) waaruit de genetische blauwdruk komt. © Tu Anh Nguyen
voorlezen

Verrassende acquisitie: onderzoekers hebben een schimmel ontdekt die waarschijnlijk zijn gevoel van zwaartekracht van bacteriën heeft gestolen. Omdat de schimmel dezelfde genetische blauwdruk heeft voor een zwaartekrachtsensor van octine-eiwitten als de bacteriën. Alleen in de champignons ging de Octin echter zitten door enkele mutaties in een kristal, zoals de auteurs melden.

Elk levend wezen neemt zijn omgeving waar en vindt er zijn weg in. We hebben een hele reeks sensorische organen tot onze beschikking - en zelfs bacteriën kunnen een concentratiegradiënt van moleculen in een bepaalde richting volgen. Schimmelschimmels, zoals de soort Phycomyces blakesleeanus, lijken ook precies te weten waar het zich boven en onder bevindt. Omdat hun vruchtlichamen recht omhoog groeien. Maar hoe beheren de champignons dat?

Er was al zoveel bekend: de vruchtlichamen "voelen" de zwaartekracht met behulp van een octahedraal eiwitkristal van vijf micron dat in een met vloeistof gevulde kamer zit. Onder het gewicht van het vruchtlichaam, lijnt het kristal uit en onthult de richting waarin de schimmel moet groeien. Maar hoe de paddenstoelen in de loop van de evolutie in deze truc terechtkwamen, bleef onduidelijk.

Horizontale gentransfer?

Om deze puzzel op te lossen, hebben Tu Anh Nguyen van de Nationale Universiteit van Singapore en haar collega's het kristal geïsoleerd, geanalyseerd en gezocht naar de oorsprong. Het kristal was samengesteld uit twee componenten van één eiwit: de onderzoekers noemden het nieuw ontdekte eiwit octine. Sequencing van het octinegen toonde aan dat alleen de groep Phycomyces blakesleeanus dit gen onder de schimmels bezat. Bovendien komt het ook af en toe voor bij bacteriën en eukaryoten.

"We waren verrast dat octineachtige genen in bacteriën bestonden, " zeggen de onderzoekers. In hun analyse ontdekten ze dat alles wees op een horizontale genoverdracht van bacteriën naar de voorouders van Phycomyces. Bij horizontale genoverdracht "springen" genen van de ene soort naar de andere en kunnen nieuwe nuttige functies overbrengen. "Het was fascinerend omdat afzettingen aantonen dat bacteriën te klein zijn om structuren te vormen die zwaartekracht voelen." De onderzoekers beseften dat ze te maken hadden met een evolutionaire nieuwigheid in paddestoelen. tonen

Cysteïnen vormen eiwitverbindingen

Maar hoe kwam het dat een bacterieel eiwit evolueerde naar een zwaartekrachtsensor? De onderzoekers merkten op dat de octine-eiwitten van de schimmels vaak het aminozuur cysteïne bevatten. Cysteïne vormt sterke moleculaire verbindingen tussen eiwitten en kan eiwitcomplexen veroorzaken. Hoewel cysteïne-verbindingen ook aanwezig zijn in bacterieel octine, zijn ze soms minder. De onderzoekers vermoeden daarom dat het schimmeloctine in de loop van de evolutie cysteïne door mutaties heeft verkregen en daardoor een kristalstructuur heeft gevormd.

Toen de wetenschappers echter ook probeerden het octinekristal uit zoogdiercellen te maken, waren ze teleurgesteld. Het Octin werd niet verwerkt en vormde geen kristallen. Dus niet alleen de cystinegroepen lijken verantwoordelijk te zijn voor kristalvorming. De onderzoekers vermoeden daarom dat andere factoren in de schimmel nodig zijn om het proces op gang te brengen.

Kristalgroei in de reageerbuis

"We zijn momenteel op zoek naar deze factoren om octynekristallen in de reageerbuis te reconstrueren", zegt senior auteur Gregory Jedd. "Dat zal ons toelaten de assemblage en componenten van de kristallen beter te begrijpen en te manipuleren."

Wetenschappers willen niet alleen de evolutie achter de kristallen blootleggen, ze willen ook de 'assemblage' van eiwitten manipuleren. Dat zou toepassing kunnen vinden in de toediening van medicijnen en de regulatie van het immuunsysteem. (PLOS Biology, 2018; doi: 10.1371 / journal.pbio.2004920)

(PLOS, 25.04.2018 - YBR)