Một vi khuẩn xã hội với thói quen linh hoạt

Nhiều hệ thống sống chia sẻ một năng lực cơ bản để hợp tác. Thực vật và động vật được tạo thành từ hàng tỷ tế bào giao tiếp với nhau, thực hiện các nhiệm vụ cụ thể và chia sẻ tài nguyên của chúng. Nhiều vi sinh vật đơn bào hợp tác theo những cách linh hoạt tương tự: chúng tạo thành các cộng đồng và trao đổi các gen và tài nguyên hữu ích với nhau.

Myxococcus xanthus của vi khuẩn đặc biệt hợp tác. Được tìm thấy trong các loại đất trên toàn thế giới, nó đã được các nhà khoa học sử dụng như một sinh vật mẫu để nghiên cứu sự phát triển và hợp tác của vi sinh vật. Các tế bào của vi khuẩn săn mồi này tạo thành các nhóm hợp tác tràn vào nhau và săn các vi sinh vật khác trong đất. Để di chuyển thành một nhóm, họ tiết ra các chất bôi trơn và bỏ ra các phần phụ gắn vào bề mặt xung quanh và các tế bào khác, di chuyển chúng về phía trước khi chúng rút lại các phần phụ này. Khi thực phẩm trở nên khan hiếm, hàng ngàn vi khuẩn này tập hợp lại thành một cơ thể đậu quả và hình thành các bào tử nghỉ ngơi, cho phép chúng chịu được đói và hạn hán.

Liên quan chặt chẽ, nhưng rất khác nhau

Các nhà nghiên cứu trước đây có lý do lý thuyết để hy vọng rằng các nhóm vi khuẩn hợp tác trong tự nhiên nhìn chung có thể đồng nhất về mặt xã hội, vì điều này sẽ ngăn xung đột giữa các tế bào làm suy yếu sự hợp tác. Các cá thể khác biệt về mặt di truyền từ các nhóm khác nhau đã được chứng minh là thường tránh, cản trở và thậm chí chiến đấu với nhau. Sébastien Wielgoss, giảng viên trong nhóm nghiên cứu của Giáo sư Gregory Velicer, Viện Sinh học Tích hợp, ETH Zurich, nói: “Kiến thức của chúng tôi về thành phần di truyền trong các nhóm hợp tác của các vi khuẩn xã hội này trong tự nhiên rất hạn chế”.

Với các đồng nghiệp của họ, Wielgoss và Velicer đã kiểm tra chặt chẽ hơn mối quan hệ di truyền giữa các thành viên của cùng một nhóm cơ thể đậu quả M. xanthus trong đất. Họ đã sử dụng một trong những bộ sưu tập lớn nhất của các chủng M. xanthus trên toàn thế giới, được Velicer giữ trong tủ đông của phòng thí nghiệm.

Trong một nghiên cứu được công bố gần đây trên Science , các nhà nghiên cứu đã sử dụng các phân tích di truyền để chỉ ra rằng trong khi các nhóm hợp tác của vi khuẩn đất M. xanthus bao gồm các tế bào liên quan chặt chẽ, số loại di truyền và các loại hành vi xã hội được tìm thấy trong các nhóm cơ thể đậu quả riêng lẻ cao bất ngờ. Các nhà nghiên cứu đã suy luận rằng các bộ sưu tập các dòng tế bào đa dạng này có thể vẫn còn nguyên vẹn trong hàng trăm thế hệ.

Lựa chọn về gen xã hội

Đối với nghiên cứu của họ, các nhà nghiên cứu đã điều tra các nhóm tế bào có nguồn gốc gần đây từ một tổ tiên chung. Đột biến hình thành các dòng tế bào khác nhau, nhưng có liên quan chặt chẽ, trong các nhóm này, với các dòng khác nhau về tốc độ chúng di chuyển hoặc số lượng bào tử chúng tạo ra trong cơ thể đậu quả.

Một số hình thức đa dạng đặt ra một mối đe dọa đối với năng suất nhóm. Ví dụ, các vi khuẩn riêng lẻ có thể thể hiện hành vi “gian lận”: chúng đóng góp rất ít cho nhóm trong khi khai thác các thành viên khác và hạ thấp chức năng của nhóm. “Tuy nhiên, các nghiên cứu hành vi với cùng các nhóm này đã không tìm thấy sự gian lận gây xáo trộn xã hội như vậy”, Wielgoss nói. Ngược lại, trong khi phần lớn các nhóm rất đa dạng về mặt di truyền và xã hội, thì sự đa dạng quan sát được dường như không làm suy yếu các chức năng hợp tác ở cấp độ nhóm.

Các nhà nghiên cứu cho rằng sự đa dạng cao của các kiểu hành vi đối với lựa chọn tiến hóa tập trung vào một số ít gen “xã hội” kiểm soát thói quen xã hội của vi khuẩn. Đột biến trong các “điểm nóng lựa chọn” được ưa thích bởi chọn lọc tự nhiên gây ra nhiều thay đổi về hành vi, mang lại một xã hội đa dạng của các tế bào với mức độ sản sinh bào tử và tốc độ nhanh chóng khác nhau. Các nhà nghiên cứu suy đoán rằng các dòng riêng biệt trong cùng một nhóm có thể cũng khác nhau về khả năng săn bắn hợp tác của chúng, mặc dù điều này không được thử nghiệm trong nghiên cứu này.

Wielgoss giải thích rằng chọn lọc tự nhiên có thể ủng hộ một số tổ hợp các dòng tế bào đa dạng hơn các tổ hợp khác hoặc thậm chí trên các nhóm đồng nhất: “Các nhóm tế bào có tiết mục hành vi lớn có thể phản ứng với những thay đổi môi trường hiệu quả hơn. Chúng thường thành công hơn về mặt tiến hóa so với các nhóm tế bào đồng nhất. tất cả đều hành xử theo cùng một cách. ‘Sự đa dạng văn hóa’ dường như khá thường xuyên giữa các nhóm xã hội vi khuẩn. “

Hiểu biết về hợp tác tế bào

Vi sinh vật có mặt khắp nơi. Chúng hoàn thành các chức năng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta: như những người trợ giúp trong hệ thực vật đường ruột của chúng ta, như mầm bệnh hoặc là tác nhân trong sản xuất thực phẩm. Nhiều người kết hợp thành các nhóm hợp tác của các tế bào trong tự nhiên, quá. Các nhà nghiên cứu tin rằng những hiểu biết mới về đặc tính di truyền và hành vi của vi khuẩn đất hợp tác cũng có thể giúp chúng ta hiểu được sự hợp tác giữa các loại vi khuẩn khác, bao gồm cả mầm bệnh quan trọng Pseudomonas aeruginosa lây nhiễm cho bệnh nhân bị suy giảm miễn dịch và gây nhiễm trùng lâu dài. .

Nguồn tin tức:

Tài liệu được cung cấp bởi ETH Zurich . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Sébastien Wielgoss, Rebekka Wolfensberger, Lei Sun, Francesca Fiegna, Gregory J. Velicer. Các gen xã hội là các điểm nóng lựa chọn trong các nhóm họ hàng của một vi khuẩn đất . Khoa học , 2019; 363 (6433): 1342 DOI: 10.1126 / khoa học.aar4416