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# 生物学 # 微生物学

小さな微生物、大きな影響:虫のつながり

微生物が昆虫の生活や生存にどんな影響を与えるかを見てみよう。

Anthony J. VanDieren, Jeffrey E. Barrick

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微生物と昆虫:複雑な絆 微生物と昆虫:複雑な絆 関係を探ってみよう。 自然界におけるバクテリアと昆虫の魅力的な
目次

微生物、特にバイ菌は、昆虫と面白くて複雑な関係を持ってるんだ。昆虫の中で生きて、超すごい方法で彼らを助けてくれるんだよ。中には昆虫が生きていくのに絶対必要な微生物もいれば、役に立つけど生存に必須ではない微生物もいる。ちっちゃな世界を見ていこう。

共生関係の種類

  1. 必須共生微生物: これが絶対必要なやつ。昆虫はこれらの微生物に生存を頼ってるの。特定の細胞や器官に住んで、親から子へとしっかり引き継がれる。ゲノムはちっちゃくて、実験室で育てるのは難しいんだ。

  2. 任意共生微生物: こちらは、ちょっと柔軟な友だち。昆虫はこれらなしでも生きていけるけど、役立つ効果を提供することがある。たとえば、いくつかの任意共生微生物は昆虫を捕食者から守る手助けをすることがあるけど、一般的にフィットネスコストみたいなデメリットもあるかも。

エンドウアブラムシと彼らの微生物の友

エンドウアブラムシは、両方のタイプの微生物を宿す素晴らしい例なんだ。彼らには必須の微生物、Buchnera aphidicolaがあって、これが欠けたアミノ酸を作る手助けをしてくれる。Buchneraがなければ、アブラムシは生存が難しくなっちゃう。

一方で、Hamiltonella defensaやRegiella insecticola、Serratia symbioticaのような任意共生微生物は、もっと複雑なレイヤーを加える。Serratia symbioticaのいくつかの株は、アブラムシが熱に対処したり、捕食者から身を守ったりするのを助けることができる。しかし、他のものは必須共生微生物に近い関係を築いたりもする。

Serratia Symbioticaの培養株

最近、科学者たちはアブラムシからSerratia symbioticaのいくつかの株を培養できるようになったんだ。そのうちの一つの株、CWBI-2.3T(短縮してCWBI)は、アブラムシの腸内に入り込んで、同じ植物を食べているアブラムシの間で広がる。これは他の株の間に位置するゲノムを持っていて、いくつかのユニークな特徴があるんだ。

CWBIをアブラムシに導入すると、必須共生微生物のように卵を通じて次の世代に引き継がれるんだけど、CWBIはしっかりした縦の感染伝播を確立するのが難しい。感染した大人が長生きしないからね。でも、科学者たちはCWBIとその親戚が進化を続ければ、もっと定着した共生微生物になるかもしれないって信じてる。

病原体から共生微生物へ

これらの役立つ微生物は病原体の祖先から進化したかもしれないという理論があるんだ。危険度を下げる調整をしながら、彼らは昆虫のための有益な仲間になる新しい役割に近づいているかもしれない。もしCWBIが somehow より害が少なくなれば、移行できるかも。

病原体をマイルドにするための伝統的な方法の一つは、実験室環境で育てることだ。たまに、通常の環境なしで繁殖している間に、彼らの厄介な性質を失ったりする。この方法でいくつかのワクチンが開発されたこともある。

科学者たちは、CWBIを異なる条件で培養したときに何が起こるかを見始めている。特定の温度で、バイ菌が変化し始めたことに気づいた。例えば、低い温度では、微生物が成長するのに時間がかかり、培養物には変なねばねばしたものができたんだ。

一方、高温では、これらの微生物はより通常の祖先株のように、素早く安定して成長した。でも、ちょっとした圧力をかけると面白くなる。

ファージと適者生存

実験中に、奇妙なことが起こった:いくつかのCWBI株がファージとして知られるウイルスを再活性化し始めた。このファージはバイ菌を攻撃して殺すことができるから、CWBIの成長している集団には大きなストレスがかかった。バイ菌は生き残るために急速に適応する必要があったんだ。

進化した株の中にはファージに対する抵抗性の兆候が見られた。これらの変化は主にバイ菌の表面を覆う遺伝子に関係していて、ファージがくっつくのを防ぐことができるかもしれない。

研究者たちは、さらに深く掘り下げるとすごいことを発見した。特定の突然変異が、バイ菌がアブラムシに対して害を及ぼす能力を失わせた可能性があることがわかった。実際、進化した株をアブラムシに注入したとき、昆虫はその祖先よりも長生きしたんだ。

アブラムシの病原性テスト

研究者たちは、第四段階のアブラムシのコホートを取り、祖先のバイ菌か進化したバイ菌を注射した。結果は? 祖先は速攻で致命的な感染を引き起こした!ほとんどのアブラムシは注射後数日で死んじゃって、進化した株はアブラムシがより長く生き延びることを許したんだ。

ある株(LT-10と呼ぼう)は特に良くて、アブラムシを平均で2日以上長生きさせた!でも、別の株、LT-07は実際にアブラムシを早く殺しちゃって、これはかなりの驚きだった。

学んだこと

科学者たちがこれらの微生物が時間とともにどのように変化するかを理解しようとすると、移動するDNA要素、例えば転移因子やプラスミドが重要な役割を果たしていることがわかるんだ。これらの要素がバイ菌の遺伝子に大きな変化をもたらし、昆虫の宿主との相互作用や行動を変えることがあるんだ。

この研究の目標は、これらのバイ菌が病原体から昆虫のための役立つパートナーになる可能性を探ることなんだ。これが微生物間の関係を考える方法を変え、生物工学や農業で重要な発見につながるかもしれない。

まとめ

この微生物と昆虫の小さな世界は本当に面白い。各微生物は、役立つ友だちや厄介な侵入者として、何かしらの役割を果たしてるんだ。研究者たちがこれらの関係を研究し続ける中で、生存、適応、自然界のバランスを保つための終わりのない探求の物語が明らかになっていくんだ。これらの小さなクリーチャーが昆虫の友達にそんなに大きな影響を与えているなんて、誰が思った?

オリジナルソース

タイトル: Evolution in response to prophage activation attenuates the virulence of culturable Serratia symbiotica relatives of aphid endosymbionts

概要: Serratia symbiotica bacteria exhibit a range of relationships with aphids. They may be co-obligate mutualists, commensals, or even pathogens depending on the strain, aphid host species, and environment. Serratia symbiotica CWBI-2.3T (CWBI), a culturable member of this group, is transmitted to embryos transovarially when it is injected into pea aphids (Acyrthosiphon pisum), the same route used by S. symbiotica strains that are vertically inherited endosymbionts. Yet, aphids colonized with CWBI die before they give birth to infected offspring. We evolved laboratory populations of CWBI through 15-30 serial passages at two different temperatures in rich media. These conditions mimic aspects of the nutritional environment in aphid hosts that lead to the evolution of reduced endosymbiont genomes. Unexpectedly, all S. symbiotica populations propagated at one temperature appeared to evolve slower growth after only a few days due to reactivation of a lytic prophage from the CWBI genome. Though these populations continued to reach saturating cell densities slower than cultures of the ancestor throughout the experiment, most bacteria in them had mutations affecting lipopolysaccharide biosynthesis and were resistant to the phage. Some evolved strains exhibited less virulence when injected into aphids, and we observed instances of gene inactivation and loss mediated by insertion elements. Our results illustrate how transposons and prophages can dominate laboratory evolution of newly cultured bacteria, particularly those that are host-associated in nature and have genomes rife with selfish DNA elements. They also suggest that bacteria-phage coevolution can catalyze evolutionary paths that contribute to converting pathogens into stably inherited endosymbionts. IMPORTANCELaboratory experiments can be used to explore evolutionary innovations in how microbes associate with animal hosts. Serratia symbiotica bacteria exhibit a variety of interactions with aphids. Some strains are obligate endosymbionts. Others have facultative associations with benefits or costs depending on the environmental context. S. symbiotica CWBI-2.3T (CWBI) resembles aphid endosymbionts in how it can be transovarially transmitted to aphid embryos. However, adults injected with CWBI do not survive long enough to give birth to infected offspring. We evolved this aphid protosymbiont in rich media to see if this would attenuate its virulence and recapitulate genome reduction observed in endosymbionts. We observed large deletions and gene inactivation, but reactivation of a prophage from the CWBI genome and then evolution of phage resistance dominated. Some evolved strains became less virulent to aphids, suggesting that evolution driven by selfish DNA elements can contribute to the emergence of new endosymbionts from pathogen ancestors.

著者: Anthony J. VanDieren, Jeffrey E. Barrick

最終更新: 2024-12-05 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.04.626866

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.04.626866.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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