Описаны ранние этапы эволюции риккетсий

Альфапротеобактерии риккетсиалы (Rickettsiales), которых неофициально называют также риккетсиями (по названию рода Rickettsia), обитают внутри эукариотических клеток в качестве паразитов или симбионтов. Среди их хозяев и протисты, и насекомые, и домашний скот, и люди, причем некоторые из Rickettsiales служат для них опасными патогенами. Например, у человека R. prowazekii вызывает эпидемический сыпной тиф. К слову, именно от этой инфекции умер в 1910 году врач Ховард Тейлор Риккетс, в честь которого и названы риккетсии.

Жизнь внутри других клеток и за их счет привела к сильному упрощению геномов Rickettsiales: его малому размеру (менее 1,5 миллионов пар оснований), содержанию GC-пар ниже 40%, а также низкой плотности кодирующих последовательностей. Метаболизм риккетсий также деградировал, поскольку большинство необходимых соединений они получают от клетки-хозяина. В соответствии с этим утрачено и множество генов, кодирующих ферменты метаболических путей.

В то же время риккетсии приобрели адаптации, благодаря которым они научились манипулировать клеткой-хозяином. У них есть несколько эффекторных белков, транслоказа АТФ/АДФ и специализированная система секреции IV типа, позволяющая транспортировать белки и ДНК через мембраны.

Ранее порядок Rickettsiales включал семейства Rickettsiaceae, Anaplasmataceae, Midichloriaceae и Deianiraeaceae, которые различаются по тактике взаимодействия с клеткой-хозяином. Однако такое таксономическое деление было неполным и не позволяло понять, как именно исходно свободноживущие предки бактерий стали глубоко специализированными облигатными паразитами.

Принято считать, что Rickettsiales возникли примерно 1,7 миллиарда лет назад, примерно тогда же, когда появились первые эукариоты — необходимые для них хозяева. Изучать эволюции риккетсий не только важно, поскольку они служат патогенами для людей и животных, но и чрезвычайно интересно, так как их родственники некогда стали основой для появления митохондрий первых эукариот. (Согласно эндосимбиотической теории, митохондрий и некоторые другие органеллы эукариотической клетки возникли в результате внедрения одних прокариотических клеток в другие.)

Ученые из Швеции и Нидерландов опубликовали в Nature Microbiology исследование ранней истории порядка Rickettsiales и его современному систематическому разнообразию. Объектом исследования стали метагеномы из различных открытых источников, в том числе полученные в рамках международной программы Tara Oceans. Изученные геномы принадлежат бактериям из разных водных экосистем, включая морские и пресноводные.

Скрининг полученных сборок выполнили с помощью биоинформационного конвейера RP15, который позволил выделить фрагменты геномов, принадлежащие риккетсиям и их родственникам. Использованы сиквенсы, имеющие по меньшей мере 5 из 15 эволюционно консервативных рибосомных белков.

В результате удалось описать 11 значительно различающихся групп геномов альфапротеобактерий, принадлежащих порядку Rickettsiales. Две из этих групп (Mitibacteracea и Athabascaceae) оказались сестринскими для всех ранее известных представителей Rickettsiales. Третья (Gamibacteraceae) названа сестринской для недавно описанного эктосимбионта “Candidatus Deianiraea vastatrix”. При этом присутствующие у Mitibacteraceae и Athabascaceae гены сближают их с известными свободноживущими бактериями, которые образуют биопленки. Это дает основания полагать, что предки риккетсий вели подобный образ жизни до перехода к облигатному паразитизму или симбиозу с клетками эукариот.