《自然》：细菌是如何成为真菌的永久居民的

一个有机体作为另一个有机体的房客——在生物学中，这通常很有效。ETH的研究人员现在已经阐明了细胞间的这种伙伴关系是如何建立的。

　　

内共生是一种令人着迷的生物现象，一种生物生活在另一种生物体内。这种不寻常的关系通常对双方都有利。即使在我们的身体里，我们也发现了这种共存的残余:线粒体，我们细胞的动力，从古老的内共生进化而来。很久以前，细菌进入其他细胞并留在那里。这种共存为线粒体以及植物、动物和真菌细胞的形成奠定了基础。

然而，人们对内共生作为一种生活方式究竟是如何产生的仍知之甚少。一个细菌或多或少偶然地进入了一个完全不同的宿主细胞，通常情况下，它的日子不好过。它需要生存，繁殖，并传递给下一代。否则，它就会消亡。为了不伤害宿主，它不能为自己索取太多的营养，生长得太快。换句话说，如果主人和居住者不能相处，这种关系就结束了。

为了研究两种生物之间这种特殊关系的起源，由苏黎世联邦理工学院微生物学教授朱莉娅·沃霍尔特(Julia Vorholt)领导的一组研究人员在实验室中发起了这种伙伴关系。科学家们观察了一种可能的内共生开始时到底发生了什么。他们刚刚在科学杂志《自然》上发表了他们的研究。

执行同居

在这项工作中，Vorholt实验室的博士生Gabriel Giger首先开发了一种将细菌注入真菌小孢子根霉细胞而不破坏它们的方法。他一方面使用了大肠杆菌，另一方面使用了Mycetohabitans属细菌。后者是另一根霉真菌的天然内共生体。然而，在实验中，研究人员使用了一种在自然界中不会形成内共生的菌株。然后吉格尔在显微镜下观察了强制同居的情况。

在注射了大肠杆菌之后，真菌和细菌都继续生长，后者的生长速度非常快，以至于真菌对细菌产生了免疫反应。真菌通过包裹细菌来保护自己。这防止了细菌遗传给下一代真菌。

细菌进入孢子

注射的mycotohabitans细菌不是这种情况:当真菌形成孢子时，一些细菌设法进入孢子，从而传递给下一代。吉格尔说:“事实上，细菌实际上通过孢子传播给下一代真菌，这是我们研究中的一个突破。”

当这位博士生让带有常驻细菌的孢子发芽时，他发现它们发芽的频率降低了，而且年轻的真菌生长速度比没有它们的情况下要慢。“内共生最初降低了受影响真菌的总体适应性，”他解释说。吉格尔继续对几代真菌进行实验，故意选择那些孢子含有细菌的真菌。这使得真菌能够恢复并产生更多有生命的孢子。正如研究人员通过基因分析所显示的那样，真菌在实验过程中发生了变化，并适应了它的居住者。

研究人员还发现，寄主和寄主一起产生生物活性分子，可以帮助寄主获得营养，保护自己免受线虫或变形虫等捕食者的侵害。“因此，最初的劣势可以变成优势，”Vorholt强调说。

脆弱的系统

在他们的研究中，研究人员展示了早期内共生系统是多么脆弱。吉格尔说:“事实上，宿主的适应性最初下降可能意味着这样一个系统在自然条件下的早期消亡。”Vorholt说:“对于新的内共生生物的出现和稳定，需要有一个共同生活的优势。”这样做的先决条件是未来的居民带来有利于内共生的特性。对于寄主来说，这是一个通过与另一个生物体结合而一举获得新特征的机会，即使这需要适应。这位ETH教授强调说:“在进化过程中，内共生已经证明了它们最终会变得多么成功。”