Расшифрованы геномные секреты безкишечной глубоководной трубчатой червя
Исследователи из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) впервые расшифровали геном глубоководного безкишечного трубчатого червя на уровне хромосом и выяснили, как сожительствующие с ним бактерии-партнеры производят органические питательные вещества для хозяина, позволяя ему выживать в экстремальной среде. Это открытие закладывает основу для потенциальных применений, таких как производство биоматериалов и контроль микробного роста.
Трубчатые черви, обитающие в экосистемах глубоководных гидротермальных источников и холодных просачиваний (характеризующихся темнотой, высоким давлением и часто высокой концентрацией токсичных веществ), как известно, обязаны своим выживанием и быстрому росту сульфид-окисляющим симбиотическим бактериям, живущим внутри их тела. Однако успех этого взаимодополняющего "союза" оставался неизвестным из-за отсутствия геномных данных.
Исследовательской группе под руководством профессора Цянь Пэйюаня и профессора Цю Цзяньвэня удалось секвенировать и собрать геномы как самого червя, так и его симбиотических бактерий, собранных на глубине около 1400 метров в холодном просачивании Южно-Китайского моря.
С помощью интегрированного геномного, транскриптомного и протеомного анализа команда обнаружила, что бактерии обладают высокой универсальностью и могут использовать тиосульфат, угарный газ и водород в качестве альтернативных источников энергии. "Бактерия обладает полными метаболическими путями, которые могут генерировать энергию из токсичного вещества сероводорода (H2S) и превращать простые неорганические молекулы, такие как диоксид углерода (CO2), в питательные вещества, такие как углеводы, аминокислоты и витамины/кофакторы", — сказал профессор Цянь. Кроме того, эндосимбионт червя выработал сложные стратегии, чтобы отвлекать защитный иммунитет хозяина и уклоняться от его защитных механизмов. В то же время геном червя также был перестроен для облегчения симбиоза: он кодирует ферменты для переваривания симбионтов с целью получения питательных веществ и содержит путь запрограммированной гибели клеток для поддержания популяции бактерий на уровне, оптимальном для самого червя.
Чтобы понять механизмы формирования трубки червя — уникальной поддерживающей структуры для получения неорганических веществ со дна моря, команда проанализировала белки прочной хитиновой трубки. Они обнаружили 35 белков матрикса хитиновой трубки, включая синтазы, которые производят хитиновые микрофибриллы и секретируют их во внеклеточный матрикс; хитин-связывающие белки, которые расщепляют хитин и обеспечивают полимерный каркас для органического матрикса; и белки, которые повышают прочность трубки и ремоделируют хитиновый каркас.
"Наше открытие открывает новые направления для потенциальных применений — например, использование уникальных ферментов процесса биосинтеза для производства биоматериалов; разработка стратегий для устранения дефицита питательных веществ или создание методов контроля микробного роста", — добавил профессор Цянь.
Геномы трубчатого червя и симбионта были опубликованы в международных академических журналах Molecular Biology and Evolution и The ISME Journal соответственно.