Учёные обнаружили больше митохондриеподобных симбионтов с удивительными метаболическими способностями
В 2021 году учёные из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене (Германия) сообщили об удивительной новой форме симбиоза: они обнаружили уникальную бактерию, которая живёт внутри инфузории — одноклеточного эукариота — и снабжает её энергией. Роль симбионта сильно напоминает митохондрии, с ключевым отличием: этот эндосимбионт получает энергию за счёт дыхания с использованием нитрата, а не кислорода.
Теперь исследователи из Бремена решили узнать больше о распространении в окружающей среде и разнообразии этих необычных симбионтов. «После нашего первоначального открытия этого симбионта в пресноводном озере мы задумались, насколько распространены эти организмы в природе», — говорит Яна Милучка из Института морской микробиологии Макса Планка. «Они чрезвычайно редки и поэтому так долго ускользали от обнаружения? Или они существуют и в других местах, и если да, то каковы их метаболические возможности?»
Глобальный обитатель
Учёные начали искать молекулярные сигнатуры симбионта в огромных публичных базах данных секвенирования, которые содержат огромное количество генетических данных из всевозможных образцов окружающей среды. И действительно, они обнаружили этих симбионтов примерно в 1000 различных наборах данных.
«Мы были удивлены, насколько они вездесущи. Мы могли найти их на каждом обитаемом континенте», — говорит Милучка. «Более того, мы узнали, что они могут жить не только в озёрах и других пресноводных местообитаниях, но и в грунтовых водах и даже в сточных водах».
Знакомьтесь с семьёй: новые члены умеют новые трюки
Учёные обнаружили в этих наборах данных не только исходного симбионта, но и некоторых новых близких родственников. «В итоге мы идентифицировали четыре новых вида, два из которых фактически составили новый род. Поскольку этот новый род симбионтов, вероятно, играет роль, аналогичную первоначально обнаруженному Azoamicus (название означает "друг азота"), мы назвали новый род Azosocius ("ассоциированный с азотом")», — объясняет первый автор исследования Дан Спес.
«К счастью для нас, один из новых видов Azosocius был получен недалеко от Бремена, из образца грунтовых вод в Хайнихе, Германия».
Теперь учёные хотят глубже изучить жизнь этих новых видов. Благодаря сотрудничеству с Кирстен Кюзель и Уиллом Оверхолтом из Йенского университета имени Фридриха Шиллера (Германия), которые изначально собрали образцы из Хайниха, они смогли получить доступ к месту отбора проб и изучить метатранскриптомные данные, то есть данные, описывающие экспрессию генов в образце и указывающие на микробную активность.
«Здесь нас ждал ещё один сюрприз — эти дыхательные симбионты умеют новые трюки», — продолжает Спес. В отличие от исходного вида симбионта, который может осуществлять только анаэробное дыхание (т.е. денитрификацию), все новые виды симбионтов на самом деле кодируют терминальную оксидазу — фермент, который позволяет им дышать не только азотом, но и кислородом. «Это может объяснить, почему мы находим этих симбионтов также в средах, которые полностью или частично оксичны».
Эволюционные и экологические последствия
Эти результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, дают ответ на открытые вопросы учёных относительно биогеографии симбионта. «Благодаря открытию этих новых видов мы теперь также можем начать больше размышлять об их эволюции», — говорит Милучка. «Мы, надеюсь, сможем лучше понять, как начинаются эти полезные симбиозы и как они развиваются с течением времени».
Кроме того, у этого исследования есть экологический аспект: «Выполняя денитрификацию, этот симбиоз влияет на азотный цикл своей среды обитания и потенциально способен удалять питательные вещества, такие как оксиды азота, а также производить парниковые газы, такие как закись азота», — добавляет Спес.
И последнее, но не менее важное: это просто восхищение увлекательным миром микробов. «Этот организм — чудо природы», — заявляет Милучка. «Простейшие способны на такие удивительные метаболические инновации, часто потому, что они так легко вступают в отношения с прокариотами. Для меня это просто захватывающе. Когда речь идёт о понимании эволюции эукариот, эти организмы являются важной частью головоломки».