Candidatus Carsonella ruddii: bakterien med världens minsta genom

Candidatus Carsonella ruddii – endosymbionten med världens minsta bakteriegenom: 159 kb, 182 gener och organellliknande anpassning hos psyllider.

Candidatus Carsonella ruddii är en endosymbiotisk gammaproteobakterie. Den har det minsta kända genomet av alla bakterier och är ett extremt exempel på genomreduktion vid långvarigt intracellulärt samliv mellan bakterie och värd.

Upptäckt och sekvensering

Arten är en endosymbiont som förekommer hos alla arter av insekter som äter floemsaft och som kallas psyllider. Endosymbionten lever inuti värdceller i en specialiserad struktur som kallas bakteriomet. År 2006 sekvenserades arvsmassan hos en stam av Ca. Carsonella ruddii vid RIKEN i Japan och University of Arizona. Resultaten publicerades i samband med analyser av hur extrem genförlust påverkar bakteriers biologi och samspel med värdar.

Genom och genetiska egenskaper

Genomet är en cirkulär kromosom med 159 662 baspar och har en hög kodningstäthet (cirka 97 %). Det finns mycket få icke-kodande sekvenser, många gener överlappar varandra och genlängderna är kraftigt reducerade jämfört med fria levande bakterier. Antalet förutspådda gener var 182, vilket enligt NCBI-Genome är det lägsta antalet som registrerats för bakterier.

• Många gener som i andra bakterier anses vara livsviktiga saknas i C. ruddii.
• Det förekommer små gener och korta proteiner, samt förändringar i genomet som tyder på lång period av genetisk erosion.
• Ribosomala och tRNA-gener finns kvar, men vissa komponenter av grundläggande metabolism är ofullständiga eller borta.

Biologisk roll och metabolic complementering

Eftersom psyllider lever av en kost bestående nästan uteslutande av floemsaft—som är fattig på vissa aminosyror och vitaminer—fungerar endosymbionten ofta som leverantör av nödvändiga näringsämnen. För C. ruddii innebär den starkt reducerade genomet att många metaboliska funktioner saknas och istället måste kompletteras av värdcellens egna gener eller av andra symbionter. Denna ömsesidiga anpassning visar hur värd och symbiont kan dela upp biologiska funktioner.

Evolutionär betydelse och organell-liknande status

Många forskare menar att graden av genförlust i C. ruddii är så extrem att symbionten närmar sig ett organell-liknande tillstånd, där den i praktiken blivit en integrerad del av värdcellens biologi snarare än en självständig organism. Att så många "essentiella" gener saknas tyder på att arvsmassan inte längre kan upprätthålla alla funktioner utan värdens hjälp. Sådana system ger unika insikter i hur organeller som mitokondrier och kloroplaster kan ha uppstått genom långvariga symbioser och genöverföring mellan partner.

Jämförelse med andra små genom

Mycoplasma genitalium, som räknas som den fritt levande organism med minst antal gener, har ungefär 521 gener—mycket fler än de 182 som hittades i Carsonella ruddii. Skillnaden understryker att extrem genreduktion i hög grad är kopplad till intracellulär symbios och beroende av en värd.

Betydelse för forskning

• Studier av C. ruddii hjälper forskare att förstå mekanismerna bakom genförlust, kompensation mellan värd och symbiont samt evolutionen mot organellbildning.
• Kunskap om symbionternas metabolic complementering kan också få praktiska konsekvenser, till exempel för bekämpning av skadegörare som bär sjukdomar eller skadar grödor genom att störa nyckelvägar i symbionterna.
• Genom att jämföra många olika symbiotiska bakterier kan man kartlägga olika vägar som leder till extrem minskning av arvsmassan och vilka faktorer som påverkar överlevnad i detta beroendeförhållande.

Sammanfattningsvis är Carsonella ruddii ett fascinerande exempel på hur intimt och beroendefullt samspel mellan organismer kan forma genom över evolutionär tid, och dess extremt lilla genom är viktigt för studier av både mikrobiologi och evolutionsbiologi.

Frågor och svar

F: Vad är Candidatus Carsonella ruddii?

F: Hur stort är genomet hos Candidatus Carsonella ruddii?

Fråga: Hur många gener beräknas finnas i Candidatus Carsonella ruddii?

F: Vilken kodningstäthet finns i genomet hos Candidatus Carsonella ruddii?

Fråga: Vad är bakteriomet?

F: Vad saknas i Candidatus Carsonella ruddiis genom?

F: Hur är genomet hos Candidatus Carsonella ruddii jämfört med genomet hos Mycoplasma genitalium?

Sök med bokstav