Геномы раскрывают образ жизни бактерий

Исследование нескольких генов может рассказать не только об "образе жизни" морских микробов, но и об их целой среде обитания.

Это означает, что учёные смогут предсказывать типы микробов, процветающих в конкретных морских условиях, анализируя геномы всего нескольких доминирующих видов. Это также может дать новое понимание влияния изменения климата на биоразнообразие мирового океана.

"Это похоже на использование ДНК с одного волоса на месте преступления для установления личности преступника. Мы выяснили, что несколько генов могут многое рассказать о природе среды, из которой происходит вид, и о том, что заставило его эволюционировать определённым образом", — говорит профессор Рик Кавиккьоли из Университета Нового Южного Уэльса.

Вместе с коллегами из Австралии и США он сравнил геномы двух распространённых океанических бактерий с разными стратегиями выживания:

• Одна живёт в богатых питательными веществами водах, быстро растёт и размножается.
• Другая обитает в бедных питательными веществами водах и растёт медленнее.

Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Сравнение выявило генетические различия, отражающие разный образ жизни:

• Бактерии из богатых питательными веществами вод имеют множество селективных транспортных белков для быстрого поглощения обильных ресурсов.
• Бактерии из бедных питательными веществами вод обладают меньшим количеством высокоэффективных транспортных белков для извлечения скудного питания.

Также были обнаружены различия в других генах, касающиеся использования питательных веществ и энергии, а также устойчивости к вирусам, что отражает адаптацию бактерий к своей среде.

Обладая такими знаниями о нескольких ключевых генах, можно предсказать, в какой среде эволюционировал конкретный вид. Более того, анализ геномов небольшого числа видов позволит получить полезную информацию о динамике целых морских экосистем.

"Непрактично отбирать пробы каждого вида в заданном районе, поэтому наша модель полезна для изучения коллективных геномов целых морских микробных сообществ — метагеномов — чтобы лучше понять, как они эволюционировали в конкретных местах", — поясняет профессор Кавиккьоли.

"Анализируя и сравнивая стратегии доминирующих организмов, мы получим представление о потоке углерода в среде, что позволит нам отслеживать здоровье морской экосистемы, включая влияние глобального потепления. Этот анализ может помочь предсказать, как морские бактерии отреагируют на изменения окружающей среды, вызванные изменением климата, такие как потепление океанов или их закисление из-за поглощения большего количества CO₂ из атмосферы".

Применив новую технику для анализа 124 океанических бактерий, исследователи обнаружили, что в мировых пробах океанской воды бактерии, адаптированные к низкому содержанию питательных веществ, численно превосходят бактерии, адаптированные к высокому содержанию. Это привело к недостаточной изученности биоразнообразия и физиологических свойств более многочисленных бактерий — и тех секретов, которые они могут раскрыть о жизни на Земле.

Источник: University of New South Wales