Учёные заново открыли быстрорастущий штамм цианобактерий, впервые описанный в 1955 году
Цианобактерии, получающие энергию через фотосинтез, представляют значительный интерес как биофабрики — организмы, которые можно использовать для производства полезных промышленных продуктов.
Их привлекательность в том, что они могут расти только на солнечном свете и CO2, что способствует снижению выбросов парниковых газов и отходу от нефтехимической экономики.
Однако известные штаммы цианобактерий растут медленнее, чем уже используемые бактериальные и дрожжевые биофабрики, а их генетические и метаболические сети изучены хуже.
Поэтому важной новостью стала публикация группы учёных под руководством Химадри Б. Пакраси в Scientific Reports 30 сентября. Они идентифицировали быстрорастущий штамм цианобактерий Synechococcus elongatus UTEX 2973.
Быстрый рост может позволить этому штамму вытеснять контаминирующие микроорганизмы и в перспективе синтезировать больше биотоплива или других ценных продуктов.
Это также упрощает экспериментальную работу, необходимую для понимания бактерии как «шасси», которое можно перепрофилировать для разных целей. Пока эксперименты с медленно растущими цианобактериями занимают недели или месяцы, с E. coli или дрожжами — дни.
Новый штамм может оказаться полезным для секвестрации углерода, производства биотоплива, биосинтеза химикатов и поиска новых фармацевтических препаратов.
«Что больше всего интригует меня в этих микробах — это их изобретательность. Они каким-то образом выяснили, как быстро размножаться, очень эффективно используя солнечный свет и углекислый газ», — сказал Пакраси.
На виду
Штамм «скрывался» в коллекции культур водорослей Техасского университета в Остине.
В 1955 году учёные описали быстрорастущий штамм цианобактерий, собранный в кампусе. В то время как большинство штаммов росли на 5–8% в час, этот — на 30% в час, причём быстрее всего при относительно высокой температуре 38 °C (104 °F). Штамм был помещён в коллекцию UTEX как Synechococcus leopoliensis UTEX 625.
Со временем UTEX 625 был контаминирован и утратил свойство быстрого роста. Лаборатория Пакраси получила замороженный образец и, аккуратно культивируя его в подходящих условиях, выделила чистый быстрорастущий штамм из смешанной культуры.
В благоприятных условиях новый штамм растёт более чем на 50% в час — это самая высокая скорость роста, когда-либо зарегистрированная для цианобактерий, почти вдвое выше, чем у широко изученного близкого родственника. Поскольку это может быть не тот же штамм, что описан в 1955 году, его депонировали как Synechococcus elongatus UTEX 2973.
Характеристика нового штамма
Учёные из Вашингтонского университета секвенировали его геном. Оказалось, что новый штамм поразительно похож на широко изученную цианобактерию Synechococcus elongatus PCC 7942 (обнаруженную в Калифорнии), которая растёт вдвое медленнее.
Поскольку последовательности геномов двух штаммов идентичны на 99,8%, генетические детерминанты быстрого роста почти наверняка кроются в оставшихся 0,2%.
Протеомы (наборы белков) обоих штаммов были проанализированы в лаборатории EMSL. Эти данные, охватывающие 68% производимых микробами белков, будут направлять дальнейшую работу.
Учёные также показали, что геном нового штамма можно легко модифицировать, что необходимо для его использования в синтетической биологии.
«Цианобактерии имеют потенциал стать идеальными биофабриками для устойчивого углеродно-негативного производства множества соединений. Этот быстрорастущий штамм должен помочь осуществить эту мечту», — заключил Пакраси.