Микробы с запасным пакетом серы
Бактерии SUP05 часто находят в местах, где для них нет основы для жизни. Исследователи из Бремена обнаружили, что они там даже довольно активны — возможно, с последствиями для глобального азотного цикла. Бактерии путешествуют с «резервным пакетом». Кроме того, исследователи расшифровали геном бактерии.
Популяция бактерий SUP05 озадачивает учёных. Почему, например, эти микробы встречаются в открытом океане, хотя там для них нет основы для жизни? Бактерии SUP05 используют сернистое соединение сероводород (H2S) в качестве источника энергии, и он в основном встречается только у побережий. Совместно с Коллаборативным исследовательским центром 754 GEOMAR и Университета Киля группа исследователей во главе с Марселем Кайперсом из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене нашла ответы: в море у Перу во время рейса на исследовательском судне Meteor учёные обнаружили представителя бактериальной популяции, который несёт собственный запас серы.
Кроме того, исследователям удалось расшифровать весь геном бактерии. Микроб получил, так сказать, удостоверение личности. Имя: Thioglobus perditus, по аналогии с «потерянным серным шариком». «После расшифровки генома мы разработали генный тест, с помощью которого теперь можем точно идентифицировать этот микроб», — говорит первый автор исследования Кэмерон Каллбек, перешедший из Института Макса Планка в швейцарский Eawag.
Энергия из сульфида
Thioglobus perditus преобразует сульфид в сульфат, используя нитрат для дыхания, и получает энергию для жизни из этой химической трансформации. Бактерии распространены по всему миру в прибрежных апвеллинговых регионах, где сероводород диффундирует вверх со дна моря. Там метаболизм Thioglobus perditus выполняет экологически важные услуги: реакция не только преобразует сульфид, ядовитый для других организмов, в его менее токсичную элементарную серу, но и удаляет углекислый газ и превращает нитрат в нереакционноспособный газообразный диазот (N2).
Теперь исследователи из Бремена обнаружили, что бактерия активна не только в прибрежных регионах. Бактерии SUP05 также неоднократно находили дальше в море в водах, не содержащих растворённого сульфида. Но как организм может существовать в таких неоптимальных условиях? «Никто толком не знал, что они там делают. Активны ли они вообще?» — спрашивает Гауте Лавик из Института Макса Планка в Бремене, руководитель рейса Meteor.
Трансформация серы
С помощью наномасштабной масс-спектрометрии вторичных ионов (NanoSIMS) исследователи впервые провели измерения отдельных клеток бактерий Thioglobus perditus в окружающей среде. Таким образом, учёные смогли напрямую получить представление о биохимических процессах, происходящих в отдельных клетках SUP05 в окружающей среде. Похоже, эти бактерии носят с собой резервный пакет элементарной серы. Кроме того, они обладают необходимым клеточным механизмом для преобразования элементарной серы. Если течения уносят Thioglobus perditus от побережья в открытое море, микроб, предположительно, живёт за счёт этих запасов. По мере исчезновения серы из воды бактерии также исчезают.
«Способность накапливать и расти на элементарной сере позволяет клеткам Thioglobus perditus также оставаться активными вдали от богатых сульфидом прибрежных вод, по крайней мере, в течение ограниченного времени», — говорит соавтор Тим Фердельман из бременского Института Макса Планка. «В рамках текущего исследования мы впервые определили, насколько быстро отдельные клетки бактерий SUP05 поглощают углекислый газ в окружающей среде и, следовательно, растут в этих водах. Это делает их потенциально интересными участниками глобальных циклов углерода и азота», — говорит Фердельман.