细胞如何控制它们的细菌共生体

现代真核细胞包含许多所谓的细胞器，这些细胞器曾经是独立的细菌。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，杜塞尔多夫海因里希海涅大学 (HHU) 微生物细胞生物学研究所的一个研究小组检查了单细胞鞭毛虫 Angomonas deanei，其中含有一种最近才被吸收的细菌。在《当代生物学》杂志中，生物学家现在描述了鞭毛虫中的某些蛋白质如何控制细菌的细胞分裂过程等。

在进化过程中，现代真核细胞(具有细胞核的细胞)从其环境中吸收了细菌。这些细胞已将合并的细菌置于其控制之下，现在利用它们来实现代谢过程等重要功能。细菌因此变成了细胞器。由这种“内共生体”(细胞内的共生体)产生的细胞器包括线粒体，“细胞的发电站”和叶绿体，植物在叶绿体中进行光合作用。这发生在大约 1.5 到 20 亿年前。

细胞器的细菌前身拥有自己的遗传物质，它们的基因组显着减少，这意味着它们随着时间的推移越来越依赖宿主细胞。它们的新陈代谢、蛋白质组成和繁殖现在主要由宿主生物控制。

但这种适应过程在进化方面是如何发生的呢?为了找出答案，由 HHU 微生物细胞生物学研究所的 Eva Nowack 教授领导的工作组检查了Angomonas deanei，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种共生细菌，这种共生细菌是在相对较新的时期(40 到 1.2 亿年前)形成的。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，细菌的基因组与其自由生活的近亲相比已经减少，但还没有达到传统细胞器的程度。然而，这种整合已经足够先进，可以同步发生细胞分裂：当宿主生物体分裂时，细菌也会分裂——只有一次，一部分进入每个新的鞭毛细胞。

杜塞尔多夫研究小组想要了解宿主细胞如何控制内共生体。他们检查了它的蛋白质组成，发现来自宿主细胞的一定数量的蛋白质被转移到内共生体中。其中三种蛋白质在其分裂位点周围形成一个环。

研究人员能够通过将其中两种蛋白质与已知蛋白质序列进行比较来预测它们的功能。其中之一类似于蛋白质“dynamin”，它可以聚合成收缩螺旋链。另一种蛋白质，即所谓的肽聚糖水解酶，已知能够分解细菌细胞壁。

在线粒体和叶绿体中，类似动力蛋白的蛋白质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分裂。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。”