Обнаружен микробный путь, который может помочь в борьбе с выбросами метана
Метан — мощный парниковый газ, на который приходится более 20% глобального потепления с доиндустриальных времен. Анаэробное окисление метана (AOM) — важный поглотитель метана, снижающий его выбросы из различных сред в атмосферу. Недавно была описана бактерия Methylomirabilota (Methylomirabilis oxyfera), способная использовать нитрит в качестве акцептора электронов для запуска AOM.
Интригующе, что хотя M. oxyfera является анаэробом, она использует аэробный путь окисления метана, применяя собственный внутриклеточно образующийся кислород посредством «кислородного денитрификации». В настоящее время наше понимание экофизиологии и экологии метанотрофов Methylomirabilota ограничено.
В исследовании под руководством доктора Баоли Чжу (Институт субтропического сельского хозяйства, Китайская академия наук) и доктора Тилльманна Людерса (Университет Байройта, Германия) была изучена богатая йодом пещера с источником, атмосфера которой была микрооксичной и содержала высокий уровень термогенного метана (~3000 ppm). На стенах и потолке пещеры были обнаружены массивные биопленки, образующие впечатляющие сталактитоподобные структуры.
Секвенирование ампликонов 16S рРНК показало, что аэробные метанотрофы и метилотрофы присутствовали во всех биопленках, но бактерии Methylomirabilota были исключительно обильны в погруженной настенной биопленке. Кроме того, под электронным микроскопом были непосредственно наблюдены звездчатые клетки, напоминающие морфологию M. oxyfera, что указывало на её присутствие в погруженной биопленке.
Из метагенома погруженной биопленки авторы собрали MAG (геном, собранный из метагенома) новой бактерии Methylomirabilota, которую назвали Candidatus Methylomirabilis iodofontis. В метагеноме риды 16S рРНК M. iodofontis составляли до 14,3% от общего числа ридов 16S рРНК, что свидетельствует о её высокой численности в биопленке. Полная последовательность 16S рРНК M. iodofontis, построенная из этих ридов, показала высокое сходство с таковой у M. limnetica. Однако MAG M. iodofontis имел низкую идентичность с геномом M. limnetica (AAI, 85,8%; ANI, 91,3%), что предполагает иную экофизиологию.
Хотя в атмосфере пещеры была высокая концентрация метана, нитрит в воде источника не обнаруживался, а концентрация нитрата была низкой (<0,2 мг л-1). Авторы задались вопросом, как этот новый метанотроф Methylomirabilota, M. iodofontis, процветает в пещерной биопленке в таких геохимических условиях. Поэтому они проанализировали геном M. iodofontis и реконструировали его ключевые пути дыхания.
Неожиданно, в дополнение к путям аэробного окисления метана и «кислородной денитрификации», как у других метанотрофов Methylomirabilota (M. oxyfera и M. limnetica), был обнаружен генный кластер (IdrP2,P1,B,A), кодирующий иодатредуктазу.
Организация этих генов в кластере такая же, как у Pseudomonas sp. SCT и Denitromonas sp. IR-12, а последовательность каталитической субъединицы IdrA также показала высокое сходство с известными иодатредуктазами других микроорганизмов. Это убедительно свидетельствует о способности M. iodofontis восстанавливать иодат и объясняет её конкурентоспособность в среде, богатой иодатом. Однако активность восстановления иодата, сопряженного с окислением метана, требует дальнейшей проверки.
Эти новые захватывающие результаты расширяют представления о многофункциональности метанотрофов Methylomirabilota и дополняют список акцепторов электронов, которые потенциально могут запускать AOM. Генетические свидетельства связи циклов йода и углерода у M. iodofontis предполагают, что такие микробы могут играть важную роль в контроле выбросов метана, особенно в богатых иодатом морских экосистемах.
Исследование опубликовано в журнале mLife.