Микробы океана раскрывают секреты устойчивости к среде

Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере и Национальной лаборатории Ок-Ридж разработали новый метод для выявления генетических изменений, которые помогают крошечным кислород-продуцирующим микробам выживать в экстремальных условиях. Результаты описывают новый экспериментальный подход к изучению того, как микробы и другие типы клеток, включая человеческие, реагируют и адаптируются к стрессу окружающей среды.

Их исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, также поможет учёным создавать быстрее растущие синтетические штаммы микробов, которые можно использовать для разработки новых биотоплив, химикатов и материалов.

Междисциплинарная группа инженеров и биохимиков использовала систему подавления генов CRISPR interference (CRISPRi), чтобы снизить активность каждого гена в геноме Synechococcus sp. PCC 7002 — вида цианобактерий, обитающих в океане. Цианобактерии, как и растения, осуществляют фотосинтез.

"Поскольку эти организмы производят значительную долю земного кислорода, понимание их реакции на изменение климата критически важно", — сказал Эндрю Хрен, аспирант группы Фокса и первый автор статьи.

Команда изучила, как цианобактерии реагируют на различные условия освещения и температуры, встречающиеся на разных глубинах океана. Они обнаружили, что небольшие изменения в том, как включаются или выключаются определённые гены, могут помочь клеткам лучше адаптироваться к экстремальным условиям, таким как жара, холод или засуха.

"Наша работа показывает, как небольшие генетические изменения могут привести к значительному улучшению приспособленности, когда мы подталкиваем микробов к границе их зоны комфорта", — сказал Джером Фокс, доцент химической и биологической инженерии в Университете Колорадо в Боулдере и соавтор исследования вместе с Кэрри Эккерт из ORNL.

"Наши выводы также подчёркивают ценность использования CRISPRi для снижения, но не полного отключения активности генов, поскольку промежуточные корректировки, как правило, обеспечивали наибольшее преимущество для выживания в экстремальных условиях".

Работа была вдохновлена покойным Джеффом Кэмероном, доцентом кафедры биохимии и сотрудником RASEI, сказал Фокс.

"Энтузиазм Джеффа по отношению к цианобактериям был заразителен", — добавил Фокс. — "Он научил нас всему, что мы знаем, и был критически важным ресурсом в вопросах экспериментального дизайна".

Исследователи планируют продолжить изучение цианобактерий, чтобы лучше понять, как микробы поглощают свет и преобразуют его в энергию, для разработки новых технологий — например, инженерных микробов, производящих возобновляемые химикаты и другие полезные продукты.