Ученые открыли семейство бактерий, способных дышать кислородом под землей

Биологи Томского государственного университета при помощи генетических методов обнаружили участки генома, а затем смогли выделить ранее неизвестные бактерии класса Limnochordia. До сих пор был известен только один представитель лимнохоронды, найденный японскими учеными в озере. Новые микроорганизмы микробиологи ТГУ выделили из проб, взятых в глубинных скважинах минеральной воды в Чажемто и Белокурихе. Особенностью этих бактерий является универсальность дыхания: они могут дышать «тёмным» кислородом, серой, а также перестраиваться на анаэробный тип получения энергии. Статья об открытии ученых ТГУ опубликована в журнале Frontiers in Microbiology (Q1).

– Особенностью бактерий, которых нам удалось найти и выделить, является кислородное дыхание под землей на большой глубине, – объясняет заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института ТГУ Ольга Карначук. – Долгое время считалось, что на глубине двух-трех километров не может быть кислорода, поскольку там нет света и нет фотосинтеза, дающего О2. Но около 10 лет назад был открыт так называемый «тёмный» кислород, производимый микроорганизмами без участия растений. Как выяснилось, наши бактерии могут дышать именно им.

980_линейка.jpgДва новых рода бактерий, представляющих новое семейство, ученые нашли при помощи метагеномного анализа. Из проб подземной воды, взятой из скважины в селе Чажемто Томской области, была получена геномная информация о подземных обитателях. Анализ, проведенный биоинформатиками ФИЦ Биотехнологии РАН, показал, что в сообществе присутствует неизвестный микроорганизм, у которого есть маркер кислородного дыхания, и что находка с высокой долей вероятности принадлежит к классу Limnochordia. Однако доля этого микроба в сообществе составляла всего 0,37%.

– Когда геном был собран, мы поставили задачу выделить бактерии. Они начали расти на кислороде, – рассказывает Ольга Карначук. – Затем мы выяснили, что эта бактерия может «дышать» серой, а также перестраиваться на анаэробный тип дыхания, когда для получения энергии бактерии используют органические соединения, образуемые другими организмами. Геохорды, так назвали новое семейство (от греч. гео – Земля), могут также питаться водородом и угарным газом, образующимися в горячих глубинах Земли. То есть бактерии обладают большой вариативностью и могут подстраиваться под разную среду обитания. Такая «всеядность» помогает существовать где угодно. «Молекулярные подписи» геохорд находят и в разных отходах сельского хозяйства, и в месторождениях, где горящий уголь образует угарный газ.

По словам ученых, скорее всего, у выявленных бактерий есть биотехнологическое значение. На оболочке клеток обнаружены нити, которые, возможно, могут передавать электроны, выполняя роль «нанопроводов». Это позволит использовать бактерии при создании микробных топливных элементов – альтернативного источника энергии. В таких топливных элементах можно использовать компост и отходы для генерации электричества, одновременно решая проблему утилизации мусора.

986_7_nanowiers.jpg

Добавим, что на счету ученых кафедры физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики БИ ТГУ – целый ряд открытий, касающихся новых микроорганизмов. Именно им удалось обнаружить и культивировать в лаборатории бактерию, за которой долго «гонялись» исследователи всего мира. Статья об этом представителе подземной биосферы была опубликована в журнале ISME издательской группы Nature.

Но, несмотря на то, что исследователи разных стран изучают микромир с помощью новых технологий, сегодня известна лишь малая часть – не более пяти процентов микроорганизмов, населяющих планету. Поэтому поиск, изучение и описание новых микроорганизмов является одной из наиболее актуальных задач микробиологии.

Эти работы поддерживаются в России на уровне государства. Сейчас сотрудники кафедры физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики БИ ТГУ при поддержке гранта РНФ реализуют проект «Культивирование, характеристика физиологии и геохимической активности трудно культивируемых экстремофильных бактерий» (№ 24-14-00396).

– Почему нам недостаточно прочитать геном бактерии, а нужно выделить ее в чистую культуру? Потому что в международных базах данных растет количество белков функции, которых мы не знаем. Эти гены называют гипотетическими белками, – уточняет Ольга Карначук. – Пытаться изучить их с помощью методов биоинформатики крайне сложно. Чтобы получить максимум информации о микроорганизме, нужно, что называется, подержать его в руках. В таком случае мы сможем выяснить, каковы функции того или иного белка и какую пользу он может принести человеку.