Экстремофильные микробы выживают только за счёт энергии от окисления формиата

Новое исследование, опубликованное в текущем выпуске журнала Nature, сообщает об открытии «экстремофильных» микробов, которые живут исключительно за счёт энергии, вырабатываемой реакциями формиата в глубоководных гидротермальных источниках.

Экстремофилы — это микробы, выживающие в самых суровых условиях на Земле, например, в кислой среде, горячих источниках, внутри ледников и в радиоактивных водоёмах.

Исследование, проведённое Сун Гюном Каном и его коллегами из Корейского института исследования и развития океана в Ансане, посвящено одноклеточному организму Thermococcus onnurineus, представителю домена Археи. Эта архея обитает в горячих глубоководных источниках и является первым организмом, обнаруженным способным выживать самостоятельно, используя только энергию, выделяющуюся при реакции формиата (HCOO⁻) и воды с образованием бикарбоната и водорода.

Это открытие последовало за находкой 2008 года, когда были обнаружены ферментативные бактерии, живущие за счёт реакции формиата, если их культивировать с метанобразующими микробами, потребляющими побочный продукт — водород. Удаление водорода было важно, поскольку его накопление ингибирует реакцию. Тогда исследователи предположили, что подобное партнёрство будет взаимовыгодным в экстремальных бескислородных средах.

Новое открытие было сделано в ходе работы по секвенированию генома T. onnurineus. Исследователи идентифицировали множественные копии формиатгидрогеназ и дегидрогеназ, которые, как полагают, необходимы для анаэробных дыхательных реакций с участием формиата. Чтобы выяснить, может ли T. onnurineus жить за счёт реакции формиата без помощи, его выращивали в суспензии в лаборатории при 80°C без каких-либо источников энергии, кроме формиата. Эксперименты показали, что при добавлении формиата культура росла и был обнаружен АТФ (аденозинтрифосфат, энергетическая валюта клеток), а без формиата культура не росла и АТФ не обнаруживался. Другие штаммы Thermococcus также оказались способны расти на формиате.

При 80°C, по расчётам Кана, энергия, получаемая в ходе реакции окисления формиата, составляет 8–20 кДж на моль формиата. Это очень мало энергии, но её достаточно для выживания, и она больше, чем считалось ранее. Кан отметил, что предыдущие оценки были основаны на реакции, протекающей при комнатной температуре. Неясно, как более высокие температуры способствуют более высокой выработке энергии, и, по словам Кана, необходимы дальнейшие исследования.

Открытие микробов, которые могут продолжать жить на формиате в присутствии водорода, может предоставить больше возможностей для производства био-водорода, отметил Кан.

T. onnurineus обитает в горячих (до 90°C) гидротермальных источниках у побережья Папуа — Новой Гвинеи на глубине около 1650 метров. Бактерии и археи, вероятно, были первыми организмами на Земле и возникли задолго до появления кислорода в атмосфере.