Исследователи из США, изучающие, как одноклеточные организмы эволюционировали в многоклеточные, в ходе своих экспериментов наткнулись на странное явление: одноклеточные эукариоты, называемые хоанофлагеллятами, которые являются ближайшими живыми родственниками животных, начинают размножаться половым путем в ответ на белок, вырабатываемый бактериями. Почему это происходит в естественных условиях, до сих пор неясно, хотя ученые предполагают, что это может помочь хоанофлагеллятам легко спариваться с другими особями того же вида. Находка представлена 31 августа в журнале Cell.
Хоанофлагелляты представляют собой группу простейших, которые используются в качестве модельных организмов для изучения эволюционного происхождения животных. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Гарвардской медицинской школы изучали, как определенные бактерии влияют на многоклеточное развитие одноклеточных хоанофлагеллят Salpingoeca rosetta, когда обнаружили неожиданный побочный эффект.
"Мы знали, что эта бактерия, Vibrio fischeri, не вызывает многоклеточного развития, что делало ее отличным отрицательным контролем", - говорит соавтор Николь Кинг (@A_Nicole_King), клеточный биолог и генетик из Беркли. «Но когда мы посмотрели сразу же после добавления бактерий, мы увидели очень странное поведение роя. И оказалось, что это была прелюдия к спариванию».
Роение среди одноклеточных организмов часто предшествует половому размножению, потому что оно быстро увеличивает плотность популяции на небольшой территории, тогда как два хоанофлагелляты спонтанно встречаются друг с другом и спариваются в нормальных условиях гораздо реже. Исследователи использовали генотипирование, чтобы убедиться, что происходит спаривание, а не просто «липкость» или слияние клеток, что подтверждает переход от бесполого к сексуальному поведению..
"Хоанофлагелляты очень гибки в своей жизненной истории. Они могут оставаться бесполыми, но здесь мы показываем, что они могут быть сексуальными, и что переключение на сексуальность регулируется бактериальным сигналом. ", - говорит Кинг. «В животном мире молекулу, вызывающую или вызывающую сексуальное поведение, вполне можно назвать афродизиаком».
С. rosetta и V. fischeri - морские организмы, встречающиеся друг с другом в одних и тех же местах обитания в океане. Исследователи фактически показали, что даже низкие уровни бактерий в окружающей среде (400 клеток на миллилитр) были достаточными, чтобы вызвать роение и спаривание хоанофлагеллят. Кроме того, такое поведение можно было проследить до активности определенного белка, постоянно выделяемого бактериями, белка, который они назвали EroS в честь греческого бога секса.
«Я был уверен, что это будет небольшая молекула, вроде половых феромонов в актиниях или что-то в этом роде. Поэтому, когда мы обнаружили, что это большой белок, это было большим шоком», - говорит со-старший. автор Джон Кларди, биолог-химик из Гарвардской медицинской школы.
Расследуя дальше, исследователи показали, что EroS представляет собой хондроитиназу, фермент, который расщепляет определенный тип сульфатированных молекул, обнаруженных во внеклеточном матриксе S. rosetta, который ранее считался исключительным для животных. Они также обнаружили, что если эта ферментативная функция подавлялась, то роение не происходило, в то время как хондроитиназы других водных бактерий воспроизводили афродизиакальные эффекты.
В будущем исследователи планируют изучить более тонкие молекулярные аспекты того, как хондроитиназы, такие как EroS, вызывают спаривание. Они также отмечают, что возможность использовать EroS для стимулирования спаривания открывает совершенно новый уровень экспериментального контроля при изучении клеточной биологии хоанофлагеллят.
Оба автора также размышляют об интуиции проекта как об одном из его наиболее полезных аспектов. «Сейчас мы так много пишем заявки на гранты, или пишем статьи, или учим студентов заниматься наукой, и это выглядит очень поверхностно и заранее спланировано. вот так, это не совсем обычное дело в том, как мы проводим исследования изо дня в день», - говорит Кларди.