Четыре клетки переворачивают представления о микробиологии морского дна
С помощью ДНК всего из четырех клеток исследователи выяснили, как одни из самых многочисленных организмов в мире играют ключевую роль в круговороте углерода в морских осадках.
Одноклеточные археи невидимы невооруженным глазом, и даже при использовании микроскопа для их наблюдения требуется большая осторожность. Тем не менее, международной группе исследователей под руководством Центра геомикробиологии Орхусского университета (Дания) удалось извлечь четыре клетки архей из донных отложений и секвенировать геном каждой из них.
«До сих пор никто не знал, как на самом деле живут эти широко распространенные археи, обитающие в иле. Секвенирование генома четырех клеток архей показывает, что у всех них есть гены, позволяющие им жить за счет разложения белков», — говорит профессор Карен Ллойд, ведущий автор прорывных результатов, опубликованных в журнале Nature.
Ранее ученые считали, что белки в море разлагают только бактерии, но теперь выяснилось, что археи являются важными новыми ключевыми организмами в деградации белков в морском дне. Белки составляют большую часть органического вещества в донных отложениях, а поскольку морское дно — крупнейшее в мире хранилище органического углерода, археи, таким образом, играют важную и ранее неизвестную роль в глобальном углеродном цикле.
Как песчинка на пляже
Археи — одни из самых многочисленных организмов в мире, но о них слышали очень немногие. Изначально они были обнаружены в экстремальных условиях, таких как горячие источники, и других особых средах, например, в желудках коров и рисовых полях, где они производят метан. Однако в последние годы исследователи поняли, что археи составляют значительную часть микроорганизмов в морских осадках, которые, в свою очередь, являются средой обитания для большинства микроорганизмов мира.
«Реалистичная оценка такова, что археи — это группа организмов с наибольшим количеством особей в мире. Фактически, архей больше, чем песчинок на всех пляжах мира. Если вы закопаете пальцы ног глубоко в ил на морском дне, вы соприкоснетесь с миллиардами архей», — говорит профессор Бо Баркер Йоргенсен, директор Центра геомикробиологии.
Новая технология связывает функцию и идентичность
Это первый случай, когда ученым удалось классифицировать клетки архей в образце ила с морского дна и затем проанализировать их геном, выяснив, что это за организмы и чем они питаются.
«В настоящее время мы не можем культивировать этих архей или хранить их в лаборатории, что исключает обычные для микробиологов физиологические тесты. Поэтому мы работали с экстракцией клеток, их сортировкой и последующим картированием совокупной генетической информации отдельной клетки — то есть ее генома. Это новый подход, который может раскрыть как идентичность клетки, так и ее образ жизни», — говорит профессор микробиологии Андреас Шрамм.
Этот метод открывает для микробиологов новый мир знаний, позволяя изучать отдельный микроорганизм так же, как зоологи изучают отдельную мышь. Микробиологи давно на это надеялись. До сих пор они были знакомы с жизненными процессами менее 1% микроорганизмов мира — тех, которых можно культивировать в лаборатории. Новый метод дает возможность изучать оставшиеся 99% непосредственно из природы.
«Применение этой новой техники к морским отложениям означает, что нам не нужно ждать тысячу лет, пока археи вырастут в лаборатории, чтобы проанализировать их геномы — мы можем просто секвенировать их прямо из окружающей среды. В будущем этот метод, несомненно, раскроет новые, неизвестные функции микроорганизмов из многих различных сред», — заключает постдокторант Дорте Грот Петерсен.