Legionellas förfäder angrep celler för miljarder år sedan

Modern legionellabakterier som orsakar legionärssjuka.

–  Vår studie kan hjälpa oss att förstå hur skadliga bakterier uppstår, och hur komplexa celler utvecklades från enklare celler, säger Lionel Guy, universitetslektor och docent i evolutionär mikrobiologi vid Uppsala universitet, som har lett studien.

Redan för två miljarder år sedan hade förfäder till legionellabakterier förmågan att undvika att smältas av eukaryoter. Istället började de att utnyttja eukaryotaceller – komplexa celler med en cellkärna som amöbor, svamp och människa består av – för att föröka sig.

Orsakar legionärssjuka

Bakterien legionella, som orsakar legionärssjuka, tillhör en stor grupp bakterier som heter Legionellales. Alla i gruppen kan infektera eukaryotavärdar: amöbor, insekter, eller våra egna celler.

– Vi upptäckte att förfadern till hela gruppen levde för cirka två miljarder år sedan, vid en tid där eukaryoterna fortfarande var på väg att utvecklas från enklare celler till den komplexa cellstruktur som de har nu. Vi tror att Legionellales var bland de första att infektera eukaryotaceller, säger Andrei Guliaev, forskare vid institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi.

Första steget i en infektion med legionella är att en eukaryotavärd, till exempel en amöba, tar in bakterien i sin cell genom en process som kallas för fagocytos. Nästa steg för amöban vore att smälta bakterien och använda dess delar som energikällan. Men legionella har molekylära verktyg som motarbetar smältningen, och som gör att legionella istället kan utnyttja amöban som energikälla för att föröka sig.

Förmågan fanns redan hos förfäderna

I studien visar forskarna att alla Legionellales har samma sorts molekylära verktyg som legionella. Det tyder på att förmågan att infektera eukaryoter redan fanns hos förfadern till alla Legionellales. Det betyder att fagocytos är minst lika gammal som Legionellales, det vill säga två miljarder år, när eukaryoter var i ett tidigt skede av sin evolution.

Det här har betydelse för en het hönan-eller-ägget-debatt inom evolutionsbiologi, om hur eukaryoter uppstod. Vilken kom först? Är det mitokondrien, som härstammar från en annan grupp bakterier och blev våra cellers egna energifabriker? Eller är det fagocytos, som anses vara nödvändig för att ta upp mitokondrien, men som är energimässigt mycket kostsam?

– Vissa forskare anser att mitokondrien krävdes först för att leverera tillräckligt med energi för att fagocytos skulle fungera. Våra resultat tyder dock på att fagocytos kom först, för två miljarder år sedan, medan mitokondrien kom senare, säger Lionel Guy.