Упрощение общей стратегии выживания морских микробов

Несмотря на прогресс в секвенировании и анализе ДНК, учёные лишь начали изучать микробное разнообразие планеты. Основная причина — лишь ничтожная доля миллионов видов микробов культивируется в лаборатории. В морской и наземной средах культивируемые в лаборатории микробы не отражают реального разнообразия, что ограничивает понимание их роли и распространения.

Одна из проблем культивирования — геномное упрощение: со временем некоторые микробы сократили свой генетический код до генов, необходимых для выживания в бедных питательными веществами средах. Исследование, опубликованное 25 июня 2013 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что свободноживущие морские микробы ещё более требовательны, чем известные своей прихотливостью лабораторные штаммы.

Учёные из Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) и Лаборатории Бигелоу (Мэн) выделили отдельные микробные клетки из проб, собранных в заливе Мэн, Средиземном море, северной части Тихого и южной части Атлантического океанов. Команда отсеквенировала и собрала черновые геномы 56 единичных амплифицированных геномов (SAGs).

«Используя эту масштабную стратегию работы с единичными клетками, наше исследование впервые даёт представление о географическом распространении и геномных особенностях некоторых бактериальных обитателей, большинство из которых ещё не культивировались в лаборатории», — сказала Таня Войке, руководитель программы микробной геномики DOE JGI и один из старших авторов исследования.

Пробы воды брали из фотической зоны океана («зоны солнечного света»), где достаточно света для фотосинтеза. SAGs сравнили с существующими микробными культурами и метагеномными наборами данных. Оказалось, что в отличие от свободноживущих микробов, культивируемые микробы процветают в более богатых питательными веществами средах.

«Эти находки показывают, что бактериальные адаптации к бедным питательными веществами средам широко распространены, а распространение не ограничено. Ключевыми факторами географического распределения определённых бактериальных групп являются температура воды и широта», — отметила Войке. — «Другими словами, бактерии из солнечной зоны могут преодолевать большие расстояния, но затем они предпочитают обосноваться и процветать в регионах со схожей температурой и широтой».

«Геномика единичных клеток продолжает выводить исследования на новый, ранее недоступный учёным уровень», — сказал Рамунас Степанаускас, директор Центра геномики единичных клеток Лаборатории Бигелоу. — «Хотя доступны и другие инструменты, независимые от культивирования, они редко позволяют оценить, кто в сообществе что делает — центральный вопрос микробной экологии. Подход секвенирования единичных клеток позволил нам связать идентичность организма и функциональный репертуар генов для более чем пятидесяти ключевых членов сообщества океанической фотической зоны, проливая свет на биологию этой экосистемы, покрывающей 70% планеты».