„Jedi ili budi pojeden“ nije uvek onako kako stvari stoje u prirodi. Za različite vrste može biti korisno da se udruže i udruže svoje sposobnosti. Cnidari, kao što su korali i anemone, već su se obavezali na ovu vrstu biološkog zajedničkog poduhvata sa algama iz grupe dinoflagelata pre 250 miliona godina.
Zahvaljujući ovim simbiozama, obe strane mogu da cvetaju u vodama siromašnim hranljivim materijama gde, u izolaciji, nijedna ne bi imala šanse da preživi. Korali tako mogu postaviti strukturnu osnovu za najveći biodiverzitet od svih morskih ekosistema. Oni štite svoje dinoflagelate simbionte od predatora i snabdevaju ih neorganskim hranljivim materijama kao što su azot i fosfor. Nasuprot tome, alge daju koralima proizvode njihove fotosinteze: ugljene hidrate, proteine i masti.
Ipak, ovaj srećan brak može da funkcioniše samo ako je ‘barter’ aranžman precizno regulisan. I iako je uspešna razmena hranljivih materija ključna za zdravlje korala, a samim tim i za ceo ekosistem koralnog grebena, molekularni mehanizmi koji regulišu komunikaciju unutar ovog partnerstva su još uvek u velikoj meri nepoznati. Nova studija u Current Biologi sada pokazuje da put signala iz vremena unazad u evolucionom procesu igra ključnu ulogu u „trgovini“ koja se odvija između algi i korala.
„Većina vrsta korala mora da apsorbuje nove simbionte dinoflagelata iz svog okruženja u svakoj novoj generaciji“, objašnjava biolog LMU profesor Annika Guse, vodeći autor nove studije. Simbionti se u početku apsorbuju kao hrana u digestivnu šupljinu korala, a odatle u ćelije domaćina. Tokom ovog procesa, oko algi se formira neka vrsta mehurića poznata kao simbiozom.
Simbiozom je hemijski sličan lizozomu – još jednoj ćelijskoj organeli koja igra ključnu ulogu u varenju. „Razlika u odnosu na lizozom je u tome što u simbiozomu dinoflagelati ostaju netaknuti“, napominje Guse. U stvari, domaćin jede svoje simbionte a da ih ne vari. „Još ne znamo tačno kako alge preživljavaju ovaj proces.“
Unutar simbiozoma, alge zatim nastavljaju da fotosintezuju i proizvode hranljive materije koje dele sa svojim domaćinom. Svi hranljivi sastojci i procesi komunikacije između partnera stoga moraju prodreti u ljusku simbiozoma, koji se sastoji od membrana i domaćina i simbionta.
Da bi sve ovo uradili, simbiotički partneri očigledno koriste signalnu putanju poznatu kao mehanička meta rapamicina (mTOR), koja reguliše ćelijski metabolizam kod svih eukariota kao funkciju faktora životne sredine kao što je dostupnost hranljivih materija. Već je dokazano za druge vrste da se mTOR takođe koristi za nutritivne simbioze: „Različiti domaćini insekata koriste prenos mTOR signala za svoje bakterijske endosimbione“, kaže Guse. „Dokazi o istom putu su takođe pronađeni za mahunarke i njihove gljivične partnere.
Istraživači su stoga sumnjali da bi mTOR takođe mogao biti uključen u partnerstvo između cnidarijaca i dinoflagelata. „Uspeli smo da dokažemo da endosimbionski korali koriste mTOR signalnu putanju da ugrade hranljive materije iz simbionta u metabolizam domaćina.“ Sve vitalne komponente mTOR-a postoje i u anemonama i u koralima.
Annika Guse i njene kolege su istraživale u kojoj meri je ovaj signalni put aktiviran prisustvom partnera algi iz porodice Simbiodiniaceae u različitim razvojnim fazama kod anemona roda Aiptasia. Takođe su testirali kako inhibiranje prenosa mTOR signala utiče na simbiotsku funkciju.
„Naši nalazi pokazuju da se prenos mTOR signala aktivira simbiozom, i da poremećaji na putu signala narušavaju simbiozu i na ćelijskom i na nivou organizma“, objašnjava Guse. „Uz pomoć specifičnog antitela, takođe smo bili u mogućnosti da pokažemo da je mTOR lokalizovan na membranama simbiozoma.“
Proučavajući svoje nalaze, biolozi zaključuju da je mTOR od ogromnog značaja za uključivanje hranljivih materija u metabolizam domaćina i stabilnost simbioze. S obzirom na to da veliki deo energije koju troše simbiotski cnidarijanci dolazi od njihovih simbiotskih partnera, verovatno je da je visoko očuvana putanja mTOR signala na kraju korišćena za efikasno detekciju hranljivih materija u okviru simbioze.
Shodno tome, Guse i njen tim predlažu model u kojem hranljive materije koje alge oslobađaju aktiviraju prenos mTOR signala u simbiozomu i u tkivu domaćina – slično kao kod sensiranja hranljivih materija iz spoljašnjih izvora.
Aktivacija prenosa mTOR signala je verovatno takođe bila važan korak u evoluciji ove simbioze, omogućavajući algi da preživi unutar ćelija domaćina. „Aktivnost mTOR-a kontroliše ono što se zove autofagija, veoma drevna imunološka reakcija na evolucionoj skali koja se pokreće kada patogeni prodru u domaćina i koja dovodi do uništenja uljeza“, objašnjava biolog.
To je, veruje ona, razlog zašto su neki patogeni – kao i bakterijski endosimbioti nekih insekata – razvili mehanizme za zaobilaženje autofagne eliminacije. Rane simbionte je mogao progutati cnidarian i apsorbovati u svoje ćelije. Međutim, umesto da budu izbačeni ili uništeni, oni su zadržani dok su snabdevali ćeliju domaćina hranljivim materijama, aktivirajući mTOR signale i na taj način zaustavljajući proces autofagije.
„Tek sada počinjemo da shvatamo kako funkcioniše složena interakcija između domaćina i algi i uspeli smo da razvijemo više od milion godina koevolucije“, kaže Guse.
