» » Обнаружились бактерии с архейным метаболизмом

Обнаружились бактерии с архейным метаболизмом


Обнаружились бактерии с архейным метаболизмом

Сбор образцов воды из скважин в Колорадо неподалеку от закрытых урановых разработок, в которых обнаружились неизвестные типы бактерий. Изображение с сайта ifcrifle.pnnl.gov


Специалисты, занятые в проекте по очистке подземных вод, проанализировали метагеномный набор микробной биомассы в различных водных скважинах. Помимо хорошо известных бактерий и фагов они встретили и представителей недавно установленных филумов, и совсем новых бактерий. Вновь открытые организмы, хотя и располагаются на филогенетическом древе вместе с бактериями, имеют в своем метаболизме характерные черты архей. Теперь перед ученым поставлена интереснейшая задача — разобраться с этими «химерными» организмами.

В ходе выполнения проекта по изучению микробиологических и геохимических факторов транспортировки и утилизации урана в подземных водах был собран превосходный микробиологический материал. Его отбирали из скважин глубиной 3, 4 и 5 метров; это были пробы воды с низким содержанием кислорода и, естественно, с анаэробными подземными микрообитателями. Перед отбором проб в эти скважины выливали подготовленный раствор ацетата. Как известно, ацетат стимулирует рост анаэробной микрофлоры (он может выступать и донором, и акцептором электронов в анаэробных процессах), так что исследователи расчитывали получить из бедных подземных вод неплохой урожай микрофлоры. И действительно, пропустив по 200 литров воды через бактериальные фильтры (несколько скважин, по три пробы из каждой: на 5, 7 и 10 день после добавления ацетата), они выявили весьма и весьма разнообразный набор микроорганизмов. Группа исследователей с факультета наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Беркли, Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в Ричленде и Национальной лаборатории Оак Ридж взялась за метагеномный анализ этого разнообразия. Ясно, что большая часть микрофлоры относится к некультивируемым организмам, поэтому анализ генетического набора полученной микробной биомассы — это единственный (на сегодняшний день) способ узнать, кто же там живет, в этом царстве подземных вод.

Ученые выявляли гены 16SрРНК, на основе которых в настоящее время строится таксономия микроорганизмов. Использовался новый метод реконструкции последовательности рибосомальных РНК, который оказался надежнее других при анализе неизвестных наперед сложных микробных сообществ. Он назван EMIRGE (expectation maximization iterative reconstruction of genes from the environment) и подробно описан в статье Miller et al., 2011. EMIRGE: reconstruction of full-length ribosomal genes from microbial community short read sequencing data.

По этим генам были выявлены 87 видов бактерий с определенной частотой встречаемости в пробе (рис. 1). Для каждого из них комплектовался геном с помощью так называемых «геномных водяных знаков» (характерных для данного вида сочетаний нуклеотидов, см. genomic signature, подробнее данная методика описывается в статье G. J. Dick et al., 2009. Community-wide analysis of microbial genome sequence signatures). Таким образом, набралось 49 более или менее полных геномов некультивируемых организмов.


Обнаружились бактерии с архейным метаболизмом

Обнаружились бактерии с архейным метаболизмом

Рис. 1. Наглядно представленные данные по полученному генетическому материалу. Если отправиться по этой ссылке, то каждый из 87 номеров (они соответствуют определенным в пробах организмам) обнаружится в виде нуклеотидной последовательности в библиотеке микробных филумов. Цвет цифр соответствует цветному названию бактериального или иного типа, к которому отнесена данная последовательность (список типов приведен справа от рисунка). Цвет точечек на карте показывает обилие того или иного генома в ходе десятидневного эксперимента: А — на пятый день, D — на десятый. Этот набор известных и неизвестных бактерий был обнаружен в ходе метагеномного анализа подземных анаэробных вод в Колорадо. Изображение с сайта geomicrobiology.berkeley.edu


Среди этого набора нашлись и давние знакомые — протеобактерии и фаги, и менее известные, но всё же уже описанные типы бактерий — представители филумов BD1-5, OD1, OP11 (см. Bacterial phyla). Для них, прежде известных по нескольким фрагментарным генам, теперь стали известны почти полные геномы. Следовательно, можно в некотором приближении реконструировать их метаболизм и свойства. Оказалось, что представители одного из филумов — BD1-5 — используют не обычный геномный код, а его редкую модификацию, так называемый код 4. В этом коде привычный стоп-кодон UGA вовсе не останавливает считывание последовательности, а кодирует аминокислоту триптофан. Подобный код используют еще микоплазмы, фирмикуты, протеобактерии и некоторые другие. Помимо этого, одна из этих бактерий синтезирует АТФ не так, как другие бактерии, а как археи. Она использует для этого тот же фермент, что и серо- или сульфатредукторы. В этом процессе участвует набор гидрогеназ, которые приводят к образованию водорода или сероводорода в зависимости от химического и биологического окружения. Эти ферменты также близки к архейным.


Обнаружились бактерии с архейным метаболизмом

Обнаружились бактерии с архейным метаболизмом

Рис. 2. На этой филогенетической схеме, построенной по последовательностям большой субъединицы фермента рибулозобифосфаткарбоксилазы (известной также под именем RuBisCO), черным цветом показано положение обнаруженных видов Per. Наиболее близки к ним виды архей, последовательности которых нашлись в общедоступных базах данных (тоже показанные черным и серым цветом). Изображение из обсуждаемой статьи в Science


Кроме того, объявились и совсем новые участники микробного сообщества с совсем уж необычными свойствами. Их назвали Peregrines («чужеземный» в переводе с английского, сокращенно Per), и свое название они получили из-за непостоянного места на филогенетических реконструкциях (рис. 2). Эти «новобранцы» по своим геномным последовательностям оказались на бактериальной ветви древа жизни, но проявили некоторые недавно открытые метаболические свойства архей (рис. 3).


Обнаружились бактерии с архейным метаболизмом

Обнаружились бактерии с архейным метаболизмом

Рис. 3. Метаболические пути бактерий Per, обнаруженных в пробах подземных вод. Изображение из обсуждаемой статьи в Science


Мы видим, что в надцарстве бактерий очень много неизвестного. Разнообразие бактерий мы пока оцениваем очень и очень приблизительно: некультивируемая часть микрофлоры остается практически неизведанной. В метаболизме бактерий, как выясняется, имеется немало типично архейных черт. Возможно, это заимствования, но возможно, что нет в природе типично бактериальных и типично архейных путей. Это ученым еще предстоит выяснить.

Источник: Kelly C. Wrighton, Brian C. Thomas, Itai Sharon et al. Fermentation, Hydrogen, and Sulfur Metabolism in Multiple Uncultivated Bacterial Phyla // Science. 28 September 2012. V. 337. P. 1661–1665.

Елена Наймарк


05 октябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Микробы в кишечнике травоядных нейтрализуют токсические вещества

Микробы, живущие в переднем отделе кишечника травоядных животных, играют важную роль в детоксикации (обезвреживании) ядовитых веществ, которые содержатся в тканях поедаемых растений. Изучение двух

Соотношение процессов, ведущих к потере азота океаном, предсказуемо

Океан теряет дефицитный азот, который из нитритов и нитратов превращается в молекулярную форму и уходит в атмосферу. Происходит это за счет двух процессов. Один из них — денитрификация — давно

Самые многочисленные фотосинтезирующие организмы на планете постоянно выделяют органику, упакованную в мембранные пузырьки

Некоторые бактерии отпочковывают от своих клеток пузырьки диаметром 70–100 нанометров, окруженные липидной мембраной и содержащие разнообразные органические вещества. Американские биологи обнаружили,

Пожиратели байкальской нефти

На фото — углеводородокисляющие бактерии из рода Rhodococcus, разлагающие нефть и по совместительству играющие роль индикаторов залежей нефти и газа...
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Камеры заднего видаКалькулятор тарифов Яндекс на таксиОсновные преимущества керамической плиткиАвтосвет, нюансы ремонта и обслуживанияЭкстрасенсы помогают следствию в раскрытии преступленийВьетнамские дети попрыгали через мертвую змею вместо скакалкиНа реке Генхе в Китае появился редкий вращающийся ледяной дискСамостоятельные путешествия, что важно знать