Новая формула позволяет предсказывать рост микроорганизмов
Микроорганизмы, как и двигатели автомобилей, теряют эффективность при увеличении скорости метаболизма. Это открытие, сделанное учёными из Texas A&M AgriLife Research, имеет значение для понимания глобального климата, углеродного цикла и биотехнологий.
Исследование "Energetic scaling in microbial growth", опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, предлагает новую математическую модель для изучения метаболических процессов в микроорганизмах.
Предсказание роста в условиях изменения климата
Используя обширные лабораторные данные, команда под руководством Сальваторе Калабрезе связала биохимию и термодинамику, чтобы рассчитать метаболическую активность и термодинамическую эффективность микроорганизмов. С помощью статистических методов они выяснили, как эффективность использования энергии может быть предсказана на основе стандартных лабораторных параметров, таких как скорость роста микробов.
"Мы рассматривали микробы как крошечные термодинамические машины. Наш анализ показал, что их эффективность предсказуема", — пояснил Калабрезе.
Это понимание важно для прогнозирования влияния изменений климата и землепользования на почвы и экосистемы, а также роли почв в связывании углерода для смягчения глобального потепления.
"Почвенные микроорганизмы преобразуют органическое вещество в формы, которые могут стабилизироваться и накапливаться в почве. Более эффективные микроорганизмы помогают хранить больше углерода", — отметил соавтор исследования Стефано Манцони.
От инженерии к микробиологии
Принцип аналогичен работе автомобильного двигателя: двигатель сжигает топливо, а микроорганизмы в почве потребляют органический углерод для производства энергии. Так же, как машина на скорости 70 миль в час теряет эффективность из-за сопротивления воздуха, микробы теряют эффективность при увеличении скорости метаболизма.
После почти двух лет интенсивных исследований команда разработала простой способ оценки энергетики микроорганизмов. Теперь учёные работают над изучением реакции микробов на такие факторы, как азот и органическое вещество.
"Микробы — фундаментальная основа всей жизни, и это открытие даёт точку опоры для дальнейших исследований", — заключил Калабрезе.