Симбиотический апсайклинг: превращение «низкоценных» соединений в биомассу

Растения используют световую энергию солнца для фотосинтеза, превращая углекислый газ (CO₂) в биомассу. Животные на это не способны, поэтому некоторые из них вступили в симбиоз с бактериями, осуществляющими процесс хемосинтеза. Он работает почти как фотосинтез, но использует химическую энергию вместо световой. Многие животные полагаются на хемосинтезирующие бактерии для получения пищи. Симбионты превращают CO₂ в биомассу, которую затем переваривает хозяин. Бактерия Kentron, питающая инфузорию Kentrophoros, считалась «просто ещё одним» хемосинтетическим симбионтом. Однако новые данные показывают, что это не так.

Превращение отходов в пищу

Международная команда под руководством учёных из Института морской микробиологии Общества Макса Планка секвенировала геном Kentron — окисляющего серу симбионта инфузорий. «Вопреки нашим ожиданиям, мы не нашли ни одного из известных генов фиксации CO₂», — сообщает первый автор Брэндон Си.

На чём же тогда растёт Kentron? «Судя по их генам, Kentron использует небольшие органические соединения и превращает их в биомассу», — объясняет Николь Дубилье, директор института и старший автор исследования. К таким соединениям относятся, например, ацетат или пропионат — типичные «низкоценные» клеточные продукты жизнедеятельности. «В этом смысле Kentron занимается апсайклингом мусора. Скорее всего, он перерабатывает отходы из окружающей среды и от своих хозяев в «более ценную» биомассу, чтобы кормить хозяев».

Подтверждение генетического анализа изотопным «отпечатком»

Kentrophoros — тонкая, лентообразная инфузория, обитающая в песчаных морских осадках, где она может легко сжиматься и перемещаться между песчинками. Она почти полностью полагается на своих симбионтов в питании и даже лишилась собственного рта. Си (ныне работающий в Институте биологии развития Общества Макса Планка в Тюбингене) и его коллеги собрали образцы в Средиземном, Карибском и Балтийском морях. Однако Kentrophoros не растёт и не размножается в лаборатории. Как же исследователи могли изучить пищевые предпочтения Kentron? «Наши коллеги из Калгари и Северной Каролины разработали способ оценки стабильного изотопного отпечатка белков из тех крошечных образцов, что у нас есть», — объясняет Си. Этот «отпечаток» многое говорит об источнике углерода, который использует организм. У бактерий Kentron отпечаток совершенно не похож на отпечаток любого другого хемосинтетического симбионта из схожих местообитаний. «Это ясно показывает, что Kentron получает углерод иначе, чем другие симбионты».

Проверка устоявшихся представлений

Это исследование представляет собой контрпример к устоявшимся описаниям в учебниках. Обычно считается, что симбиотические бактерии создают большую часть своей биомассы либо из CO₂, либо из метана. В отличие от них, Kentron, по-видимому, не обладает такой способностью создавать биомассу «с нуля». «Поглощение органических субстратов из окружающей среды и переработка отходов хозяев могут играть в этих симбиозах более важную роль, чем считалось ранее», — заключает старший автор Харальд Грубер-Водичка из Института морской микробиологии Общества Макса Планка. «Это имеет значение для экологических моделей круговорота углерода в окружающей среде, и мы с нетерпением ждём возможности глубже изучить детали, а также плюсы и минусы каждой из стратегий».