Раскрыта стратегия разрушения древесины «термитами моря»
Корабельные черви, известные как «термиты моря», веками досаждали мореплавателям и судам. Недавнее исследование с участием ученых из Ocean Genome Legacy Center of New England Biolabs при Северо-Восточном университете, Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) и других учреждений сосредоточилось на корабельном черве Bankia setacea. Цель — изучить ферменты, которые он использует для расщепления древесины в пищу. Эти знания могут оказаться полезными для производства биотоплива.
Для исследователей биоэнергетики, включая ученых из DOE JGI, разрушительные способности корабельного червя могут быть полезны для промышленного производства передовых биотоплив из древесной биомассы растений. В рамках программы Community Science Program DOE JGI команда под руководством Дэниела Дистела сосредоточилась на Bankia setacea, чтобы больше узнать о ферментах, которые он использует для питания древесиной.
Пищеварительная стратегия, не имеющая аналогов
В исследовании, опубликованном в онлайн-версии Proceedings of the National Academy of Sciences на неделе 10 ноября 2014 года, Дистел и его коллеги описали новую стратегию, с помощью которой этот моллюск расщепляет и переваривает древесину.
«В отличие от большинства животных, у корабельных червей нет полезных бактерий в той части кишечника, где переваривается пища. Вместо этого они содержат симбиотические бактерии внутри специализированных клеток в своих жабрах — в месте, удаленном от кишечника», — сказал Дистел.
Частицы древесины попадают в желудок, и, как выяснилось, пищеварительные ферменты должны совершить аналогичное путешествие. С помощью секвенирования генома, протеомики, биохимии и микроскопии команда продемонстрировала, что ферменты, разлагающие древесину и производимые бактериальным сообществом в жабрах, перемещаются из области, известной как Железа Деша, в кишечник, чтобы расщепить пищу моллюска и преобразовать целлюлозу в сахара.
«Ни одно другое известное животное в мире не полагается на бактерии вне своей пищеварительной системы для производства пищеварительных ферментов, и ни одна другая внутриклеточная бактерия не производит ферменты, функционирующие во внешнем мире хозяина», — отметил Дистел.
Для исследования команда использовала корабельных червей из залива Пьюджет-Саунд на северо-западе штата Вашингтон. Исследователи выделили несколько бактериальных эндосимбионтов из тканей жабр и секвенировали их геномы, а также секвенировали коллективный «метагеном» микробного сообщества жабр. Они также использовали протеомику для характеристики белков, обнаруженных в тканях жабр и слепой кишки, и сравнили их с бактериальными геномами и метагеномами. Это продемонстрировало, что обильные пищеварительные ферменты в кишечнике происходят от эндосимбионтов жабр.
Преимущество производства пищеварительных ферментов вне кишечника
Команда все еще размышляет о причинах производства ферментов, разлагающих древесину, вдали от места пищеварения. Они предполагают, что эта стратегия позволяет корабельному червю служить простой модельной системой для определения минимальных ферментных требований для эффективного расщепления целлюлозы.
«Поскольку транспортируются только избранные ферменты, разлагающие древесину, система корабельного червя естественным образом идентифицирует те ферменты эндосимбионтов, которые наиболее важны для деконструкции лигноцеллюлозы, без вмешательства других микробных белков», — написали они в статье.
Таким образом, организмы, которых когда-то боялись в море, могут дать как новые знания, так и практические инструменты для производства биотоплива из древесины на суше.