Подтверждение микробных линий с помощью методов, не требующих культивирования
Количество микробов на Земле сравнимо с количеством звёзд в Млечном Пути. Однако доля микробов, которые можно вырастить в лабораторных условиях, настолько мала, что её можно сравнить с количеством звёзд, видимых в полнолуние в Нью-Йорке — их очень мало. Чтобы больше узнать об окружающих нас некультивируемых бактериях и археях, исследователи всё чаще используют методы, не требующие культивирования, такие как геномика одиночных клеток и метагеномика, чтобы заполнить пробелы на Древе Жизни. Такие исследования помогают не только лучше понять организацию микробной жизни на Земле, но и провести более тщательный поиск потенциально полезных микробных генов, ферментов, путей и функций, которые могут помочь Министерству энергетики США (DOE) в решении энергетических и экологических задач.
В недавнем исследовании, показывающем, как с помощью таких методов обнаруживаются новые микробные линии, команда, включающая исследователей из Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI), приводит убедительные доказательства того, что две группы некультивируемых бактерий на самом деле принадлежат к одному кандидатному типу — 'Atribacteria'. Эти микроорганизмы распространены по всему миру в «низкоэнергетических» экосистемах, где мало питательных веществ и кислорода, а общий метаболизм с другими видами — синтрофия — является жизнеспособной стратегией выживания. Работа была опубликована онлайн 19 июня 2015 года в журнале The ISME Journal.
Проливая свет на линии микробной тёмной материи
«Эта статья — первое всестороннее исследование геномного разнообразия внутри 'Atribacteria', кандидатного типа бактерий, который встречается в самых разных средах: геотермальных источниках, варочных котлах для сточных вод и биореакторах, подводных недрах, нефтяных резервуарах, гиперсолёных микробных матах и фильтратах свалок», — сказал Брайан Хедлунд из Университета Невады в Лас-Вегасе, сотрудничающий с DOE JGI.
Одна кандидатная группа бактерий (тип) под названием OP9 была впервые идентифицирована из образцов, собранных в источнике Обсидиан-Пул в Йеллоустонском национальном парке. Аналогичные исследования микробного разнообразия морских отложений выявили кандидатный тип бактерий JS1. Образцы этих микробов также были найдены в разных точках мира в рамках усилий DOE JGI по изучению так называемой «микробной тёмной материи» и созданию референсных геномов некультивируемых бактерий и архей.
Основываясь на этой работе и последующих исследованиях, группа Хедлунда предположила, что бактерии OP9 принадлежат к кандидатному типу 'Atribacteria', тогда как JS1 считались принадлежащими к сестринскому кандидатному типу. Однако в этой более поздней статье исследователи, объединив анализ генов 16S рибосомной РНК и других высококонсервативных генов (т.е. филогеномику), сообщили, что, несмотря на значительное филогенетическое расстояние и широкий диапазон сред обитания, линии OP9 и JS1 имеют общие черты и достаточно тесно связаны, чтобы быть объединёнными в тип 'Atribacteria'.
Первое всестороннее геномное представление о типе
«Нет убедительных аргументов для обозначения OP9 и JS1 как отдельных типов, и наиболее экономный анализ имеющихся данных предполагает, что 'Atribacteria' (включая OP9 и JS1) — это единый кандидатный тип в пределах бактерий», — отметила команда в своём отчёте.
Джереми Додсворт, соавтор исследования, отметил: «Эта статья расширяет геномное покрытие кандидатного типа 'Atribacteria'… представляет новые данные геномики одиночных клеток и использует их вместе с ранее опубликованными геномами одиночных клеток для идентификации геномных фрагментов "Atribacteria" в метагеномных наборах данных».
Помимо предоставления научному сообществу «первого всестороннего взгляда на эту группу микробов и прогнозирования их общих структурных и физиологических черт», он добавил: «Мы также надеемся, что это даст нам ключи к тому, как выращивать представителей 'Atribacteria' в лаборатории и изучать их изолированно». Знание «какие гены там есть» открывает значительные перспективы для создания лучших инструментов как для выращивания трудно культивируемых микробов, так и для получения биопродуктов, актуальных для энергетических и экологических задач, стоящих перед DOE.