Svenska sötvattensbakterier ger nya insikter i bakteriernas evolution
Forskare vid Stockholms universitet har studerat en stor, tidigare ganska outforskad grupp bakterier, som bland annat förekommer i svenska sjöar. Resultaten avslöjar hur bakteriella livscykler har utvecklats och till och med har tillbakabildat sin komplexitet över tid. Studien publiceras i Nature Communications.
Forskaren Joel Hallgren och hans team upptäckte också att de svenska sjöbakterierna hade alla gener som krävs för fotosyntes. Foto: Jón Klausen
Bakterier är bland de mest mångsidiga och uråldriga livsformerna på jorden. Ändå kommer mycket av vår kunskap om dem från en liten grupp arter, mestadels studerade för sin roll i människors hälsa.
– Den stora majoriteten av bakteriearter är fortfarande outforskade, och detta begränsar vår förståelse för hur bakterier formar ekosystem och har utvecklats för att trivas i olika miljöer, säger Joel Hallgren, huvudförfattare till studien.
Till skillnad från de flesta bakterier, så delar Caulobacterales-bakterier på sig asymmetriskt när de fortplantar sig, vilket skapar två celler med helt skilda utseenden (överst i illustrationen). Forskare vid Stockholms universitet har upptäckt att flera arter har förlorat denna komplexitet under evolutionens gång (nederst i illustrationen), och att dessa arter saknar omkring 100 specifika gener. Detta ger forskarna en unik inblick i vilka gener som behövs för att skapa komplexa livscykler hos bakterier.
Komplex livscykel
De flesta bakterier reproducerar sig genom enkel, symmetrisk celldelning. Medlemmar i en distinkt grupp, Caulobacterales, kända för sina stjälkliknande cellstrukturer, avviker dock från detta mönster. De har en mer komplex livscykel där cellerna delar sig asymmetriskt, vilket resulterar i två distinkta celltyper: en mobil och utforskande, och den andra fastsittande och reproduktiv. De evolutionära orsakerna bakom denna komplexa livscykel har länge förbryllat forskare. Caulobacterales-bakterier är också kända för att vara utbredda i miljön och tros vara viktiga nedbrytare av växtmaterial i naturen, men deras ekologi och evolution har fram till nu varit dåligt studerad.
Forskare vid Stockholms universitet analyserade DNA från alla kända Caulobacterales-arter, däribland nyligen insamlade prover från svenska och finska skogssjöar. De upptäckte att flera sötvattensarter saknade fler än hundra gener som vanligtvis är kopplade till gruppens komplexa livscykel. Dessa bakterier representerar tre nya arter i ett tidigare okänt släkte, som teamet döpte till Acaudatibacter, latin för "svanslös bakterie".
Genetisk signatur för hur komplexitet uppstår och försvinner
En annan, jordlevande medlem av Caulobacterales som har isolerats i Ecuador saknade även den samma uppsättning livscykelgener. Forskarna observerade dessutom med mikroskopi att den reproducerar sig genom enkel, symmetrisk celldelning. Denna förlust av komplexitet hos separata evolutionära linjer, oberoende av varandra, ger värdefull insikt kring vilka gener som är avgörande för bakteriers komplexa livscykler.
– Det är fascinerande att se att evolutionen flera gånger, och på samma sätt har tillbakabildat och förenklat tidigare komplexa livscykler, säger Joel Hallgren. Det ger oss en unik genetisk signatur för hur komplexitet uppstår och försvinner under utvecklingen av bakteriers livscykler.
Oväntad upptäck: gener för fotosyntes
Forskarna gjorde också en annan oväntad upptäckt: de svenska sjöbakterierna hade alla gener som krävs för fotosyntes, en förmåga som inte tidigare varit känd hos Caulobacterales, vilket tyder på att fotosyntes är mer utbredd bland bakterier än man tidigare trott. Ytterligare analyser visade att ungefär tio procent av arterna i denna grupp bär gener för att ta upp solenergi.
– Det är spännande att nya bakteriearter från Sverige ger oss nya perspektiv på grundläggande fenomen inom mikrobiologi, säger Hallgren.
Studien var ett nära tvärvetenskapligt samarbete mellan två forskargrupper vid Stockholms universitet, båda baserade vid SciLifeLab, en nationell infrastruktur för livsvetenskaper, när arbetet påbörjades.
– Projektet kombinerade mitt laboratoriums expertis inom bakteriell cellbiologi och genetik med den starka mikrobiella genomik- och ekologiexpertisen hos Sarahi Garcias grupp. Vår anknytning till SciLifeLab och den flexibla finansiering det gav gjorde det möjligt för oss att utforska denna nya forskningsriktning, säger seniorförfattaren Kristina Jonas.
Läs studien i Nature Communications
Senast uppdaterad: 2025-12-12
Sidansvarig: Kommunikationsavdelningen