Культуры Nanohaloarchaeota показали, что они симбионты, а не свободноживущие организмы

Исследователи экспериментально определили с помощью микробиологических и омиксных методов, что Nanohaloarchaeota являются симбионтами, а не свободноживущими организмами, как считалось ранее.

Антарктические озера — это «сокровищница» неизвестных микробов, играющих ключевую роль в экологических процессах, включая глобальный углеродный цикл. Работа команды Рика Кавиккьоли проливает свет на спектр симбиотических образов жизни архей в антарктических озерах и предлагает генетически управляемую модель для изучения факторов, контролирующих микробные симбиотические отношения.

Облигатные симбионты, полностью зависящие от другого организма в получении необходимых питательных веществ, часто имеют уменьшенный размер генома по сравнению со свободноживущими организмами.

Nanohaloarchaeota, открытые в 2011 году, относятся к супертипу DPANN экстремофильных архей. Хотя большинство линий DPANN считаются симбионтами, Nanohaloarchaeota предполагались способными к автономному росту из-за большего размера генома и отсутствия наблюдаемой ассоциации с клетками-хозяевами.

В Proceedings of the National Academy of Sciences команда под руководством Рика Кавиккьоли из Университета Нового Южного Уэльса и исследователей из Объединенного института генома (JGI) Министерства энергетики США экспериментально продемонстрировала, что Nanohaloarchaeota — не свободноживущие археи, а симбионты.

Аспиранту Кавиккьоли Джошуа Хамму удалось культивировать два штамма Nanohaloarchaeota (Nha-R1 и Nha-C) и показать, что для их роста необходим контакт клеток с антарктической галоархеей Halorubrum lacusprofundi. Методом метагеномики были получены полные или почти полные популяционные геномы (MAGs) культивированных штаммов.

Дальнейшее изучение штамма Nha-C с помощью флуоресцентных зондов показало взаимодействие его клеток с клетками Hrr. lacusprofundi. Просвечивающая электронная микроскопия (TEM) подтвердила, что Hrr. lacusprofundi напрямую передают цитоплазматическое содержимое Nanohaloarchaeota.

С помощью проточной цитометрии команда очистила клетки Nha-C и показала, что Nanohaloarchaeota растут только в присутствии Hrr. lacusprofundi. Анализ также выявил, что Nanohaloarchaeota не могут производить некоторые необходимые компоненты клетки: аминокислоты, кофакторы и мембранные липиды, что указывает на зависимость от Hrr. lacusprofundi.

Протеомный анализ обнаружил одну из наиболее отличительных особенностей Nanohaloarchaeota — гены, кодирующие белки SPEARE (содержащие домены сериновой протеазы, адгезии и рестрикционной эндонуклеазы) длиной до 8500 аминокислот. Эти белки активно синтезировались в клетках Nha-C. Их наиболее консервативная область, вероятно, участвует в деградации ДНК. Эти белки могут быть непосредственно задействованы в обеспечении доступа Nanohaloarchaeota к клеткам-хозяевам Hrr. lacusprofundi для получения необходимых питательных веществ и поддержания симбиотических отношений.

Сочетание методов микроскопии и омиксных технологий позволило команде детально изучить природу симбиотических отношений Nanohaloarchaeota.