Исследование выявило генетические мишени для борьбы с обрастанием подводных поверхностей

Ученые-синтетические биологи из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби (NYUAD) определили новые генетические мишени для создания безопасных биологических методов борьбы с морским биообрастанием — процессом прикрепления морских микроорганизмов, растений или водорослей к подводным поверхностям. Биообрастание создает серьезные проблемы для аквакультуры и морской коммерческой деятельности, например, на днищах грузовых судов, где оно меняет гидродинамику, вызывает повреждения и увеличивает расход топлива.

Помимо финансовых и эксплуатационных последствий, биообрастание имеет экологические последствия, так как может приводить к интродукции инвазивных видов в новые среды при перемещении судов. Текущий метод предотвращения обрастания — химические вещества, токсичные для морских экосистем.

Новое исследование под руководством научного сотрудника NYUAD Вэйци Фу и доцента биологии Куроша Салехи-Аштиани выявило 61 ключевой сигнальный ген, некоторые из которых кодируют белковые рецепторы, активируемые в процессе колонизации поверхности доминирующей группой фитопланктона (микроскопических морских водорослей). Ученые показали, что, изменяя уровень экспрессии обнаруженных генов и белковых рецепторов, можно управлять активностью обрастания у этих морских планктонных клеток. Это открывает путь к созданию новых экологически безопасных методов защиты от обрастания.

В статье GPCR Genes as Activators of Surface Colonization Pathways in a Model Marine Diatom, опубликованной в междисциплинарном журнале iScience, команда Салехи-Аштиани изучила процесс морфологических изменений у Phaeodactylum tricornutum — модельного вида диатомовых водорослей. Диатомеи — одна из наиболее разнообразных и экологически важных групп фитопланктона, а также один из основных глобальных факторов биообрастания. В процессе обрастания фитопланктон меняет форму на овальную или круглую, чтобы агрегироваться в биопленку на подводной поверхности. Данное исследование раскрывает молекулярные механизмы, позволяющие клеткам P. tricornutum изменять морфологию и инициировать обрастание.

«Поскольку морское биообрастание на погруженных искусственных конструкциях, таких как корпуса судов, садки для аквакультуры и трубопроводы для морской воды, имеет серьезные экономические последствия, существует большая потребность в открытии безопасного метода защиты», — заявил Салехи-Аштиани. «Рецепторы и сигнальные пути, описанные в этом исследовании, прокладывают путь для целенаправленной разработки новых антиобрастающих технологий, которые менее вредны для глобальных морских экосистем», — добавляет ведущий автор статьи Вэйци Фу.

В начале XXI века Международная морская организация запретила многие широко используемые химические методы защиты от обрастания из-за их высокой токсичности для морских организмов. С тех пор резко возрос объем исследований, направленных на поиск экологически безопасной технологии. Поскольку механизмы биообрастания на клеточном и молекулярном уровнях ранее были неизвестны, сигнальные гены и белковые рецепторы, идентифицированные в этом исследовании, дают ключевое представление о мишенях для будущих экологически безопасных методов борьбы с обрастанием.