В камчатских и курильских горячих источниках нашли неизвестных науке архей-экстремофилов
В термальных водах Камчатки и Курил выделены два вида архей, обожающих горячую кислую воду, не нуждающихся в кислороде и активно расщепляющих сахара. Их ферменты могут найти применение в зеленых биотехнологиях.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Ученые из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (Москва) открыли в горячих источниках Камчатки и Курил представителей древнейшего сообщества архей, считающихся недоступными для лабораторного культивирования. Микроорганизмы существуют за счет переработки сложных сахаров, присутствующих в термальных водах. Они способны жить при экстремальной температуре и кислотности и, в отличие от похожих штаммов, черпают энергию исключительно за счет брожения углеводов. Открытые микроорганизмы представляют ценность для биотехнологий как источники термостойких и кислотостойких ферментов, расщепляющих сложные сахара. Работа опубликована в журнале mSystems.
Согласно статистике из всех микроорганизмов, обитающих на Земле, культивировать в лабораторных условиях в чистом виде можно не более 3,5%. Все остальные являются своего рода темной материей — их метаболизм и участие в жизни экосистем можно оценить лишь косвенно — по данным секвенирования генов и ДНК из природной среды. Это не обеспечивает полноценное представление о видах и часто приводит к ошибкам, особенно при изучении архей — древнейших прокариотических организмов на Земле.
Несмотря на повсеместное присутствие архей, они очень плохо поддаются культивированию, особенно экстремофильные виды, живущие в наземных горячих источниках и в термальных водах на большой глубине.
Учеными были выделены две незагрязненные культуры архей из поверхностных геотермальных источников Камчатки и Курильских островов. По итогам полномасштабных исследований микроорганизмы были отнесены к отдельному порядку Tardisphaerales, входящему в новый класс архей Tardisphaeria.
Один из видов, Tardisphaera miroshnichenkoae sp. nov., был назван в честь недавно ушедшей из жизни доктора биологических наук Маргариты Леонтьевны Мирошниченко. Название второго вида Tardisphaera saccharovorans sp. nov. можно перевести как «пожирающая сахар».
Организмы представляют собой мелкие кокковидные клетки неправильной формы. Они очень медленно растут, любят кислую среду и повышенную температуру и не нуждаются в кислороде.
Анализ метаболизма и расшифровка геномов дальневосточных анаэробов показал их значительное отличие от других ацидофильных и термофильных прокариот. Они аккумулируют энергию только за счет переработки полисахаридов, полностью игнорируя газообмен. В отличие от большинства анаэробов, чувствительных к воздействию кислорода, археи Tardisphaera обладают мощной врожденной защитой от окислительного стресса.
Старший научный сотрудник лаборатории метаболизма экстремофильных прокариот ФИЦ Биотехнологии РАН Татьяна Кочеткова отметила, что геномы архей очень маленькие по сравнению с геномами других свободноживущих микроорганизмов, однако археи обладают невероятно гибким метаболизмом, предполагающим использование разных ресурсов, экономию энергии и адаптацию к изменениям окружающей среды. Вода горячих источников буквально кишит археями Tardisphaera. Несмотря на довольно низкий энергетический выход от брожения сахаров, микроорганизмы успешно конкурируют с другими видами термофильной микрофлоры, использующими более широкий круг ресурсов и находящимися, как кажется, в более привилегированных условиях.
Геномы архей изобилуют генами, которые кодируют специфические ферменты, ответственные за расщепление полисахаридов именно в кислой и горячей среде. Такие ферменты представляют особый интерес для разработчиков зеленых биотехнологий. С помощью полученных на основании ферментов биокатализаторов можно наладить выпуск сельскохозяйственных кормов с повышенной усвояемостью и производство высококачественного крахмала, где решающим фактором успеха является стабильность реакционной массы при высокой температуре и кислотности среды.
Еще о жизни экстремофилов мы писали здесь.
Поделиться
