Как самые многочисленные бактерии океана влияют на глобальные потоки питательных веществ

Бактерии SAR11 (Pelagibacterales) составляют около 20% биомассы в верхних 200 метрах океана. Они играют ключевую роль в глобальных циклах питательных веществ, но механизмы их влияния оставались неясными.

Исследование в Nature от учёных из Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) проливает свет на этот вопрос. Команда составила комплексную карту транспортных белков SAR11, что позволило лучше понять их роль в циклах углерода и серы. Работа стала возможной благодаря данным метагеномики из проектов вроде Tara Oceans.

Сборка белкового пазла

Транспортные белки критически важны для перемещения питательных веществ в клетку и из неё. Поскольку SAR11 сложно культивировать в лаборатории, учёные экспрессировали их транспортные белки в генетически модифицированных бактериях E. coli.

Анализируя метагеном SAR11 с использованием глобальных геномных баз данных, команда идентифицировала 13 транспортных белков. Среди них — белок, взаимодействующий с DMSP (диметилсульфониопропионатом), соединением, жизненно важным для цикла серы и регуляции климата. Также были обнаружены транспортеры для аминокислот, глюкозы и таурина.

Логистика глобальных циклов

Эксперименты выявили специфические свойства транспортных белков, которые позволяют SAR11 процветать в бедных питательными веществами морских средах. Эти свойства невозможно было определить, лишь изучая геномный состав.

Исследование SAR11 продолжается. Учёные изучают метаболические пути, чтобы понять, как поглощённые питательные вещества используются и преобразуются внутри бактерий. В сотрудничестве с Weizmann Institute of Science они также исследуют, как SAR11 взаимодействует со средой перед поглощением питательных веществ.

Эта работа является частью тренда, связывающего данные экологической ДНК с функцией белков. Как отмечает профессор Паола Лаурино, «соединяя макроперспективу морского биоразнообразия и микроперспективу белковой биохимии, мы закладываем основу для новых вопросов о том, как бактериальные белки встраиваются в глобальные циклы питательных веществ и как эти бактерии способствуют изменению климата и сами подвержены его влиянию».