Самый распространенный организм на Земле оказался удивительно хрупким

Исследование показало, что бактерии SAR11, доминирующие в океанах, имеют хрупкую регуляцию клеточного цикла, что делает их крайне чувствительными к изменениям среды. Как они выживают и процветают — загадка.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Микробиологи из Университета Южной Калифорнии и их коллеги из смежных научных организаций выявили, что одна из самых распространенных групп организмов на Земле — морские бактерии SAR11 — обладает неожиданно хрупким механизмом регуляции клеточного цикла. Эти одноклеточные микроорганизмы могут составлять до 40% всех бактериальных клеток в поверхностных водах мирового океана. Название SAR11 происходит от места первого обнаружения — Саргассового моря, где они были идентифицированы по генам рибосомной РНК в 1990 году. В 2002 были впервые выделены живые клетки. Организм все еще не имеет официального латинского названия, предварительно он именуется Candidatus Pelagibacter ubique.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, показало, что эти организмы потеряли в ходе эволюции многие гены, ответственные за контроль процесса деления клеток. Такая «упрощенная» генетическая стратегия помогла им оптимизировать потребление ресурсов в бедных питательными веществами условиях, но может обернуться уязвимостью при изменении среды обитания.

Как ослабели доминанты

SAR11 — группа альфа-протобактерий, адаптированных к жизни в открытом океане в среде с низким содержанием питательных веществ. Их геномы были «оптимизированы» путем удаления «лишних» генов, что снизило энергетические затраты. Эта стратегия позволила им стать одними из самых успешных организмов на планете по численности.

Однако подробный анализ сотен геномов SAR11 выявил, что многие из них лишены ключевых генов, обеспечивающих согласованное прохождение клеточного цикла, то есть синхронизацию репликации ДНК и деления клетки.

Когда условия среды изменяются (например, при увеличении объема питательных веществ или повышении температуры), бактерии Pelagibacter продолжают копировать свою ДНК, но не всегда делятся правильно. В результате внутри клеток накапливаются дополнительные хромосомы, клетки увеличиваются в размерах и в конечном счете гибнут.

Такой сбой может замедлить рост популяций даже в благоприятных условиях, что противоречит прежним представлениям о стабильности и адаптивности этих организмов в океанических экосистемах.

Значение открытия

SAR11 играют ключевую роль в биогеохимии океанов: они участвуют в переработке органического субстрата и формируют основу пищевых сетей микробного мира. Их способность (или неспособность) быстро адаптироваться к изменениям среды напрямую связана с глобальным углеродным циклом и биологической продуктивностью океанов.

Если изменения климата и антропогенные воздействия приведут к более частым нарушениям стабильности морских экосистем, чувствительность SAR11 к переменам может повлиять на пищевые цепочки и климатические процессы.

Невиданный эволюционный успех SAR11 при адаптации к стабильным условиям с низким содержанием питательных веществ может сыграть с ними злую шутку и сделать их крайне уязвимыми в резко меняющемся океане.Камерон Траш профессор биологии, соавтор исследования.

Недавно мы сообщили об открытии на Дальнем Востоке нового вида морских бактерий, востребованных в биотехнологии.

• природа
• Биология

Поделиться