Как бактерии глубоководных гидротермальных источников справляются с токсичными металлами
В глубоководных гидротермальных источниках, где нет солнечного света, высокое давление, температура и обилие токсичных металлов, жизнь поддерживают бактерии, способные извлекать химическую энергию из соединений, выделяемых источниками.
Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) и Японского агентства науки и технологий по изучению морских недр (JAMSTEC) выяснили, как бактерии адаптируются к токсичным металлам из этих источников. Работа опубликована в журнале Environmental Microbiology.
Учёные изучили стратегии толерантности к металлам у бактерии Nitratiruptor sp. SB155-2, выделенной из источников Окинавского жёлоба.
Бактерии могут бороться с токсичными металлами тремя основными способами:
- Выкачивать ионы металлов из клетки наружу.
- Изолировать металл в гранулах внутри клетки.
- Выделять ферменты, вызывающие кристаллизацию или осаждение металла в нетоксичное соединение снаружи клетки.
Исследователи сравнили реакцию бактерий на два распространённых в источниках металла: кадмий (Cd) и медь (Cu). Оба токсичны даже в низких концентрациях, но медь необходима бактериям в следовых количествах, а кадмий не имеет известных биологических функций.
Ключевые результаты:
- Общая стратегия: Бактерии использовали белки-транспортёры для выкачивания и кадмия, и меди из клеток.
- Реакция на медь: Было задействовано гораздо больше генов, связанных с транспортными насосами, и других стрессовых путей. Это указывает на более сложный механизм для точной регуляции концентрации меди внутри клетки.
- Реакция на кадмий: Обнаружены уникальные ответы, не
характерные для меди:
- Повысилась активность генов, отвечающих за формирование жгутиков и хемотаксис (движение в ответ на химические сигналы). Сканирующая электронная микроскопия подтвердила, что бактерии, подвергшиеся воздействию кадмия, чаще имели жгутики. Это может быть попыткой переместиться в более благоприятную среду.
- На внешней части клеточной стенки бактерий с помощью микроскопии обнаружено накопление осадка сульфата кадмия (CdSO4).
- Гранулы внутри бактерий, содержащие кадмий, становились больше и многочисленнее.
Это открытие новых путей детоксикации кадмия может предложить новые, менее углеродоёмкие методы очистки окружающей среды от тяжёлых металлов.