Samenlevingsvorm waarbij een bacterie intracellulair leeft in een gastheer; oorsprong van mitochondria en chloroplasten
Kenmerkend voor endosymbiose is dat de symbiont in de cel leeft, vaak in gespecialiseerde celtypes zoals de bacteriocyten van bladluizen die bacteriën van het geslacht Buchnera herbergen. Sommige voor de mens pathogene bacteriën dringen ook de cel binnen zoals vertegenwoordigers van de groep Rickettsiales (Alphaproteobacteria), waartoe o.a. de vlektyfusbacterie behoort. Een andere bekende endosymbiont is Wolbachia, een bacterie die voorkomt in geleedpotige dieren en nematoden en de sekse-determinatie manipuleert, met als resultaat dat de soorten parthenogenetisch (geheel vrouwelijk met maagdelijke voortplanting) worden.
Een bijzondere vorm van endosymbiose vond plaats bij het ontstaan van de Eukaryota, ongeveer 1,8 miljard jaar geleden. Een intracellulaire alfaproteobacterie ontwikkelde zich tot mitochondrion en een cyanobacterie werd chloroplast (bladgroenkorrel). Deze twee endosymbioses betekenden een radicale innovatie in de evolutie van het leven. De endosymbiose-theorie voor het ontstaan van de Eukaryota heeft vooral bekendheid gekregen door het werk van de Amerikaanse celbioloog Lynn Margulis.
Het genoom van de mitochondria is sterk “uitgekleed”; veel genen zijn verloren gegaan, andere naar de kern verhuisd, maar het genoom draagt nog steeds prokaryotische kenmerken. De oorsprong van het mitochondrion blijkt buiten de Rickettsiales te liggen en is ouder dan de diversificatie van alle nu bekende Alphaproteobacteria.
De voorouder van de chloroplast ligt in de Cyanobacteria. Deze endosymbiose heeft het ontstaan van algen en planten met oxygene fotosynthese mogelijk gemaakt, wat een enorme invloed heeft gehad op de evolutie van het leven. Drie van de vijf hoofdlijnen van de Eukaryota hebben chloroplast-endosymbioses gekend en bij verschillende lijnen is de chloroplast weer verloren gegaan.
