Плазмиды микроорганизмов раскрывают историю и потенциал экосистем

Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли разработали новый метод анализа ДНК, позволяющий изучить плазмиды — мобильные генетические элементы в микробных сообществах. Работа опубликована в журнале mBio.

Суть метода

• Усовершенствована методика выделения плазмид — небольших молекул ДНК, отдельных от хромосом, которые позволяют бактериям быстро приобретать и обмениваться генами.
• Метод оптимизирован для работы с бактериальными сообществами разной плотности, включая среды с очень низкой плотностью, такие как грунтовые воды.
• Изучение совокупности плазмид (плазмидома) помогает понять, какие функции микробное сообщество "держит наготове" для быстрого использования и обмена.

Применение и ключевые результаты

Метод был применен к образцам грунтовых вод из Исследовательского центра Ок-Ридж (ORFRC) — участка, загрязненного тяжелыми металлами.

• В образцах обнаружены сотни плазмид, некоторые из которых оказались крупнейшими из когда-либо описанных в исследованиях плазмидом.
• Хотя типы и количество бактерий в разных образцах воды сильно различались, наборы плазмид часто были схожими.
• Наиболее часто встречающиеся пласпмиды несли гены устойчивости к ртути, хотя в исследованной воде загрязнения ртутью обнаружено не было.

Значение открытия

• Плазмидом, в отличие от хромосомных генов, быстро меняется под эволюционным давлением, отражая не только текущее состояние среды, но и ее историю.
• Наличие генов устойчивости к ртути на участке, где сейчас нет этого загрязнителя, показывает, что микробное сообщество "помнит" прошлое загрязнение и готово к его возможному возвращению.
• Плазмиды представляют собой естественный инструмент для генетических манипуляций с малоизученными микроорганизмами в природных экосистемах.

"Изучение плазмид — это как заглянуть в чей-то рюкзак, чтобы увидеть, что человек держит под рукой для собственного использования и потенциально готов поделиться с другим", — пояснила руководитель исследования Аиндрила Мукхопадхьяй.

Перспективы

Метод может быть использован для получения новых данных о разнообразных микробиомах Земли, включая те, что находятся в почве, воде и внутри человеческого тела. Это знание может быть применено для решения задач экологической очистки, очистки сточных вод или улучшения здоровья человека.