Грибок-аскомицет очищает загрязнённую воду, размножаясь
Исследователи под руководством учёных из Гарварда обнаружили, что обычный в загрязнённой воде грибок-аскомицет производит экологически важные минералы в процессе бесполого размножения.
Ключевым химическим веществом в этом процессе является супероксид — побочный продукт роста грибка при образовании спор. Попадая в окружающую среду, супероксид реагирует с марганцем (Mn), образуя высокореактивный минерал, который помогает очищать воду от токсичных металлов, разлагать углеродные субстраты и контролировать биодоступность питательных веществ.
Результаты, которые повлияют на широкий спектр будущих исследований в микробиологии, экологической химии, биологии развития и геобиологии, были опубликованы на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Марганец — элемент, существующий в нескольких степенях окисления и фазах. Он играет ключевую роль в секвестрации углерода, фотосинтезе, а также в транспорте и судьбе питательных веществ и загрязнителей.
Он может быть особенно важным реагентом в загрязнённой воде, например, в стоках угольных шахт. Когда ион Mn(II) окисляется до Mn(III) и Mn(IV), он образует реактивный минерал, чрезвычайно полезный для контроля над другими загрязнителями — такими как мышьяк, кадмий и кобальт — и их удаления из воды.
«Если вы можете окислить марганец, то он образует эти очень активные минералы, оксиды марганца, которые являются экологическими губками, очищающими воду», — объясняет ведущий исследователь Колин Ханзел. Проблема in situ ремедиации в том, что если вы не знаете, как и почему происходят процессы, вы не можете стимулировать организмы их выполнять.
Оказалось, что обычный грибок Stilbella aciculosa производит необходимый ингредиент, супероксид, только во время клеточной дифференцировки — specifically, при образовании структур бесполого размножения. Это открытие предполагает, что добавление избыточных питательных веществ в загрязнённую воду не обязательно способствует очистке, если это не стимулирует размножение грибка.
Для грибка супероксид, по-видимому, служит клеточным сигналом, регулирующим дифференцировку клеток. Его последующая роль в быстром и эффективном окислении марганца в окружающей среде может быть просто полезным совпадением, выгодным для людей, но не имеющим значения для самого грибка.
Все известные на сегодня марганец-окисляющие бактерии и аскомицетные грибы являются гетеротрофами. «Они не "едят" марганец, как некоторые организмы "едят" другие металлы, например, железо», — говорит Ханзел. Это оставалось загадкой в биогеохимии металлов, так как процесс не даёт организмам энергии.
Однако Ханзел предполагает, что процесс может быть не таким случайным. Оксиды марганца очень реактивны и могут, например, разлагать устойчивый углерод, предоставляя грибам новые, более удобные для метаболизма источники углерода.
Вместе с соавторами Ханзел идентифицировала биохимический механизм окисления марганца, включая класс ферментов (NADPH-оксидазы), которые его запускают.
Открытие того, что супероксид является ключевым агентом в грибковом окислении марганца, особенно важно, потому что некоторые бактерии делают это тем же способом, используя те же ферменты. Идея о том, что прокариоты и эукариоты развили эту гомологию, поднимает интригующие вопросы в истории эволюции.