Микробная тёмная материя доминирует в земных средах

Некультивируемые микробы — те, чьи характеристики никогда не описывались, потому что их ещё не выращивали в лабораторной культуре, — могут доминировать почти во всех средах на Земле, за исключением человеческого тела. К такому выводу пришло новое исследование, опубликованное в mSystems.

Исследование возглавила Карен Ллойд, доцент кафедры микробиологии Университета Теннесси в Ноксвилле. Это первая работа, в которой оценивается популяция некультивируемых микробов.

Учёные давно знали об этой массе некультивируемых микробов, также называемой микробной тёмной материей. Однако подсчитать их по одному было бы невозможно, и до сих пор исследователи не могли даже оценить, сколько их существует.

Теперь у команды Ллойд есть ответ: они считают, что до четверти микробов на Земле могут принадлежать примерно к 30 типам (филумам) — таксономической классификации между царствами и классами, — которые никогда не культивировались.

Ллойд приводит контекст на примере: «Все позвоночные, каждое животное с позвоночником, содержатся в одном типе. Это означает, что у нас потенциально есть 30 различных типов микробов, каждый из которых так же отличается от любого уже известного микроба, как жираф от морской звезды».

Чтобы оценить, сколько некультивируемых микробов населяют планету, Ллойд и её команда собрали все последовательности ДНК, депонированные исследователями со всего мира в публичные базы данных, — всего 1,5 миллиона, — и сравнили их с 26 000 последовательностей ДНК уже культивированных микробов и бактерий.

«Мы быстро столкнулись с серьёзными вычислительными ограничениями, но, к счастью, у нас отличное сотрудничество с Объединённым институтом вычислительных наук в Национальной лаборатории Ок-Ридж. Они смогли предоставить необходимые вычислительные мощности», — сказала Ллойд.

Изучение и характеристика некультивируемых микробов могут быть особенно ценным инструментом в таких областях, как медицина, где учёные описывали случаи устойчивых к культивированию патогенов.

«Некультивируемые микробы настолько сильно отличаются от культивируемых, что они могут делать необычные вещи, например, выживать при чрезвычайно низкой энергии или расти необычайно медленно, способами, которые нам даже трудно представить. Также возможно, что эти микробы не могут расти самостоятельно в культуре, потому что погибают, если их удалить из сложных взаимоотношений друг с другом или из их конкретной среды. Поскольку эти микробы обеспечивают многие экосистемные услуги — например, помогают выращиванию сельскохозяйственных культур и борьбе с изменением климата, — решение этой сложной загадки является crucial challenge для современной микробиологии», — сказала Ллойд.