Симбиоз диатомовых водорослей и бактерий в открытом океане

Исследование, опубликованное в PNAS Nexus, изучает генетическую экспрессию фотосинтезирующего симбионта, живущего внутри распространенного морского организма. Морские диатомеи ответственны за пятую часть глобального фотосинтеза. Многие из них обитают у побережья, но диатомей-диазотрофные ассоциации процветают в бедных питательными веществами водах открытого океана благодаря симбиотическим отношениям между диатомеей-хозяином и азотфиксирующими бактериями.

Рэйчел Фостер, Энрике Флорес и их коллеги собрали диатомею Hemiaulus hauckii вместе с цианобактерией Richelia euintracellularis, которая живет внутри клеток диатомеи, в нескольких местах западной тропической части Северной Атлантики.

Цианобактерии — это бактерии, способные к фотосинтезу, подобному растительному. Поскольку в настоящее время невозможно выращивать Richelia euintracellularis в лаборатории, авторы изучили функцию белков эндосимбионта, экспрессируя их в модельных организмах, включая Escherichia coli и Anabaena sp.

Был обнаружен белок, расщепляющий сахарозу на глюкозу и фруктозу. Наличие сахарозо-специфичного белка, связывающего растворенные вещества (sucrose-specific solute binding protein), который участвует в переносе молекул через клеточную мембрану, позволяет предположить, что сахароза предоставляется бактериям диатомеей-хозяином. Были также обнаружены другие белки, связывающие растворенные вещества, которые участвуют в транспорте аминокислот (глутамата, фенилаланина) и полиамина (спермидина). Экспрессия генов, кодирующих эти белки, была подтверждена в диких популяциях из Атлантического океана.

По мнению авторов, исследование рисует картину системы, в которой диатомея поставляет бактериям восстановленные органические углеродные соединения для поддержания высокой скорости фиксации азота.