Candidatus Carsonella ruddii е ендосимбиотична гама-протеобактерия, известна с най-малкия описан до момента геном от всички бактерии. Това е некултивируем вид, отбелязан с префикса Candidatus, което означава, че е известен само от секвениране и микроскопски наблюдения, но не е отглеждан изкуствено в лабораторни култури.

Видът е ендосимбионт, който се среща в определени насекоми, хранейки се с флоемни сокове — т.нар. псилиди (jumping plant lice). Ендосимбионтът се локализира в специализирана структура в тъканите на гостоприемника, известна като бактериом (или бактериоцит), и се предава вертикално по майчиното поколение чрез яйцата.

Геном и редукция

През 2006 г. геномът на един от щамовете на Ca. Carsonella ruddii беше секвениран в RIKEN в Япония и в Университета на Аризона. Геномът представлява кръгова хромозома от 159 662 базови двойки и характеризира с изключително висока плътност на кодиране (ок. 97 %) — много гени припокриват един друг и средната дължина на гените е значително намалена. Броят на предсказаните гени е 182, което според записите в NCBI-Genome е един от най-ниските регистрирани брой гени при бактерии.

Геномът на Carsonella ruddii е пример за крайна геномна редукция: липсват множество гени, смятани за есенциални за автономния живот (включително части от основни метаболитни пътища и гени за поддръжка на клетъчни функции). Това налага гостоприемникът и ендосимбионтът да разчитат един на друг — гостоприемникът осигурява липсващи функционалности, а ендосимбионтът често доставя на насекомото бедни на аминокиселини флоемни сокове с жизненоважни съединения.

Роля в биологията на гостоприемника

  • Партньор за хранене: Carsonella се смята за ключов доставчик на някои есенциални аминокиселини и други хранителни вещества, които псилдите не могат да синтезират сами или да получат от флоемата.
  • Тясна ко-еволюция: Силната зависимост води до дългосрочна коеволюция между бактериите и техните насекомни гостоприемници; филогенетичните дървета на Carsonella често съответстват на еволюционните дървета на псилдите.
  • Вертикална трансмисия: Предаването от поколение на поколение (через яйцата) допринася за стабилност на симбиотичната асоциация, но и за ускорена генна редукция поради ограничен обмен на гени с външни популации.

Възможно преходно състояние към органел

Поради силната геномна редукция и абсолютната зависимост между Carsonella и гостоприемника, някои изследователи предполагат, че този ендосимбионт може да е в процес на еволюция към статут близък до органел (аналогично на митохондриите и пластидите в еукариотите). Това понятие обхваща сценарий, при който бактериалните функции постепенно се интегрират и заменят от клетъчните механизми на гостоприемника.

Сравнения с други организми

За сравнение, геномът на Mycoplasma genitalium, който е най-малкият геном от всички свободно живеещи организми, съдържа 521 гена — значително повече от 182-те гена, предсказани при Carsonella. Други крайно редуцирани ендосимбионти също имат много малки геноми, но Carsonella остава сред най-екстремните случаи по отношение на размер и брой гени.

Значение за науката

  • Изучаването на Carsonella ruddii дава ценна информация за границите на минималния набор от гени, необходими за поддържане на живот в контекста на симбиоза.
  • Този ендосимбионт е модел за изучаване на процесите на геномна редукция, коеволюция и възможна интеграция към органелоподобен статус.
  • Разбирането на асоциациите между ендосимбионти и растително-смучещи насекоми има и практически приложения в контрола на вредители и в агрономията.

В обобщение, Candidatus Carsonella ruddii е пример за крайно специализиран ендосимбионт с уникално свит геном и критична роля за физиологията и еволюцията на своите насекомни гостоприемници.