Губки, которые "объедают" бактерий

Медицинские соединения, получаемые из морской губки, на самом деле производятся симбиотическими бактериями, живущими внутри неё.

Исследовательская группа использовала одно-клеточный геномный анализ и метагеномное секвенирование, чтобы обнаружить, что всего два вида бактерий-обитателей морской губки Theonella swinhoei производят медицински важные соединения — поликетиды. Обе бактерии принадлежат к некультивируемому роду Enthotheonella. Команда предполагает, что эти бактерии относятся к новому типу, который они назвали "Tectomicrobia".

Применение одно-клеточной геномики и метагеномики позволило обойти традиционный этап культивирования и идентифицировать эти ранее некультивируемые бактерии. Это подчёркивает потенциал обеих методик и открывает новые возможности для их применения к образцам из окружающей среды — как для поиска лекарств, так и для получения ферментов для промышленных применений, например, в производстве биотоплива. T. swinhoei — широко распространённая губка, способная изменять химический состав воды в своей среде, быстро прокачивая её через ткани, где поглощаются питательные вещества и выделяются отходы. Таким образом, это открытие также имеет значение для изучения глобальных циклов углерода и азота.

Губка T. swinhoei красно-коричневого цвета, обитающая на коралловых рифах, живёт в тропических регионах Индийского и Тихого океанов и является источником нескольких кандидатов в противогрибковые и противораковые препараты. Эти соединения производятся не самой губкой, а симбиотическими бактериями внутри неё. Исследователи из Института микробиологии ETH Zurich (Швейцария), совместно с Объединённым институтом генома Министерства энергетики США (U.S. Department of Energy Joint Genome Institute) и несколькими другими академическими институтами, использовали передовые методы секвенирования, чтобы точно определить бактерии, принадлежащие к некультивируемому роду Enthotheonella. Их результаты были опубликованы 6 февраля 2014 года в журнале Nature.

Учёные десятилетиями получали медицински важные соединения из бактерий, выращенных в лабораториях, но считается, что эти "культивируемые бактерии" представляют лишь один процент известных микробов планеты. Неясно, сколько из оставшихся 99% некультивируемых способны производить другие полезные природные соединения. Это первый случай, когда исследователи точно определили некультивируемую бактерию как продуктивный источник биологически активных соединений.

Команда использовала одно-клеточный геномный анализ (изучение геномов отдельных клеток) и метагеномное секвенирование (анализ ДНК образца из окружающей среды), чтобы найти ответственные бактерии, минуя традиционный этап культивирования. В данном исследовании JGI предоставил филогенетический анализ, расшифровывающий эволюционную историю бактериальных линий.

Для статьи исследователи изучали T. swinhoei из Японии, но также обнаружили близкородственные виды Enthotheonella, живущие внутри других губок T. swinhoei. Они предположили, что эта группа бактерий принадлежит к новому типу, который они назвали "Tectomicrobia". Название происходит от латинского слова tegere (скрывать, защищать), что отражает их некультивируемую, "скрытую" природу и подчёркивает, что производимые ими соединения, вероятно, используются для химической защиты.