Mesterséges endoszimbiózisok és mikrobák

A körülöttünk lévő élet túlnyomó része eukarióta, vagyis sejtmagvas sejtekből áll, mint például a növények, állatok és az emberek is. A Föld biomasszájának nagyobb részét viszont a sejt­mag nélküli baktériumok és ősbaktériumok alkotják, azaz a prokarióták. Az eukarióták körülbelül 2 milliárd évvel a baktériumok után jelentek csak meg, azonban olyan evolúciós újításokat hoztak, amelyek nélkül a magasabb rendű élet nem alakulhatott volna ki. Az átmenet ritka és nehéz lehetett, ráadásul nem sok nyom maradt fenn róla, éppen ezért ma is heves viták övezik. E cikksorozatban az első eukarióták nyomába eredünk, hogy megtudjuk, mi indította el a kialakulásukat és miért töretlen azóta is a csoport sikere, illetve, hogy hol tart ma a tudomány. Ebben a részben megvizsgáljuk, hogy milyen eszközök állnak a kutatók ren­delkezésére a mitokondrium, a színtestek és más endoszimbionta partnerek eredetének rekonstruálására. A laborban létrehozott mesterséges endoszimbiózisok jelenthetik a kulcsot nemcsak az eukarióták erede­tének megértéséhez, de akár a Föld lakosságának fenntartható élelmezéséhez is.

Egy véletlen kísérlet

1966-ban Kwang Jeon amőbákat (fagotróf egysejtű eu-kariótákat) neveigetett a laborjában. Az akkor már év­tizedek óta steril laborkörülmények között tartott amő-batörzseket viszont egyszer ismeretlen ellenség, a titok­zatos X-baktérium támadta meg. A fertőzés igen viru­lens volt, és a különösen nagy számban felszaporodó baktériumok (akár 150 ezer is volt belőlük sejtenként!) a legtöbb amőbával végeztek. Néhány sejt azonban túl­élte a csapást, habár fertőzötten („betegen") nem tudtak olyan ütemben növekedni, mint korábban: a bennük élősködő paraziták az ő erőforrásaikat használták.

A meglepetés akkor következett be, amikor másfél év (körülbelül 200 sejtgeneráció) múlva ezek a túlélők új­ból egészségesen kezdtek szaporodni—kiderült ugyanis, hogy az amőbák nem szabadultak meg a kórokozóktól. Azok továbbra is ott voltak, szimbiózisban a gazdával, de már nem hátráltatták a gazda növekedését. Sőt! Amikor a fertőző baktériumokat mesterségesen kiölték a gazdából, az nem tudott tovább önállóan élni, elpusztult (1. ábra). Mint kiderült, a baktériumok olyan fehérjét állítottak elő, ami már nélkülözhetetlen volt a gazda számára. Ez egyértelműen azt jelenti, hogy a két faj közötti köl­csönös függőség alakult ki. Kétségtelen, hogy az ilyen függőségi kapcsolatot nem nevezhetjük tovább para­zitizmusnak!

Azt korábban is lehetett tudni, hogy a nagyméretű amőbáknak sokszor vannak endoszimbiontáik, me­lyek talán a gazdasejt fagocitózisa során jutottak be és megúszták az elemésztődést [lásdafagocita hipotézist a Természet Világa 2023. októberi számában). Akárhogy is, e kapcsolatok bizonyára ősrégi evolúciós események eredményei lehetnek. Alátámasztani látszott ezt az is, hogy ezeket az amőbatörzseket nem sikerült „sterilen", azaz fertőző (vagy szimbionta) partnereiktől szabadon növeszteni a laborban, vagy a sterilizált gazdákat újra­fertőzni. Senki sem gondolta volna, hogy ezek a kapcso­latok a szemünk láttára is kialakulhatnak!

E véletlen kísérlet révén kiderült, hogy egy káros, egy­oldalúan kizsákmányoló (parazita) kapcsolat is fenn tud maradni, és kellő idő alatt átalakulhat függőséggé. A sorsdöntő kísérletek óta a titokzatos X-baktérium a Legionellajeonii nevet viseli [1]. Jeon kísérleteiből az is nyilvánvalóvá vált, hogy a ma élő egysejtűek (például az amőbák) kiváló sejtbiológiai modelljei lehetnek olyan valaha volt evolúcióbiológiai eseményeknek, amiket közvetlenül nem tudunk megvizsgálni — akár a mitokondrium eredetének is.

(A  teljes cikk a Természet Világa című folyóirat 2025. februári számában jelent meg egy cikksorozat 4. részeként és az Olvasóteremben olvasható.)