Термиты как источник для изучения нового рубежа протеомики
Исследователи изучают термитов как один из самых эффективных биореакторов на Земле в поисках новых источников биотоплива. Насекомое, известное своей способностью потреблять древесину, также предоставляет учёным уникальную область для изучения — симбиотическое микробное сообщество, позволяющее термиту переваривать целлюлозу.
Учёные из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) проанализировали метапротеом (совокупность всех белков) бактериального сообщества, обитающего в задней кишке (пауче) древесного "высшего" термита (Nasutitermes). Их цель — определить вклад и источники ферментов от сообщества для насекомого.
Изначально они надеялись, что эта информация приведёт к идентификации новых целлюлаз, которые, в свою очередь, могли бы стать сырьём для синтеза этанола. Хотя такие открытия остаются неуловимыми, анализ позволил получить важные биологические данные о необходимых взаимосвязях в этой симбиотической системе. Это углубляет понимание функций микробного сообщества в кишечнике термита и в перспективе может указать на ключевые взаимодействия в процессе деградации древесины.
Данная работа представляет собой важный шаг в развитии исследований сообщественной протеомики, которые могут повлиять на изучение любого микробного сообщества. Сообщественная протеомика становится следующим рубежом протеомики — областью, где точный геном изучаемых организмов неизвестен. Микробные сообщества играют важную роль по всей биосфере: от цикла углерода и питательных веществ в атмосфере до влияния на здоровье человека и его защиты.
Используя стратегии глобальной протеомики на основе масс-спектрометрии, доступные через EMSL, команда PNNL идентифицировала 886 белков, 197 из которых являются известными ферментами. На основе этих ферментов исследователи реконструировали полные метаболические пути. Эти пути выявили такие важные функции, как транспорт и метаболизм углеводов, фиксация и ассимиляция азота, производство энергии и синтез аминокислот. Возможно, наибольшее значение имело определение высокого уровня избыточности белка, важного для фиксации азота и расщепления глюкозы: пируват ферредоксин/флаводоксин оксидоредуктазы (PFOR EC: 1.2.7.-). Сообщалось, что у Nasutitermes отсутствует измеримая активность пируватдегидрогеназы в тканях; следовательно, бактериальная PFOR может быть критически важна для обеспечения термита азотом и ацетатом.
«Наши наблюдения не могли быть сделаны без реконструкции известных бактериальных метаболических путей и помещения этих путей в контекст того, что в настоящее время известно о метаболических путях в организме термита-хозяина», — заявила доктор Кристин Бурнум, биохимик PNNL и первый автор статьи, опубликованной в The ISME Journal.
Что дальше. Понимание симбиотических отношений между сообществом и термитом — это лишь первый шаг к выяснению деградации целлюлозы в этой системе. Хотя эта работа предполагает, что активность, связанная с этими ферментами в сообществе, может играть более важную роль в симбиотических отношениях между микробным сообществом задней кишки и его хозяином-термитом, чем активность, связанная с деградацией целлюлозы, эти результаты создают основу для будущих исследований всех насекомых и микробных сообществ для поиска новых целлюлозоразрушающих активностей.