Биоуголь подавляет химическую коммуникацию почвенных микробов

Учёные из Университета Райса впервые использовали методы синтетической биологии, чтобы изучить, как популярная почвенная добавка — биоуголь — может влиять на химические сигналы, которые используют микробы для общения. К исследуемому классу соединений относятся и те, которые применяют некоторые патогены растений для координации атак.

Биоуголь — это древесный уголь, производимый (обычно из отходов древесины, навоза или листьев) для добавления в почву. Исследования показывают, что биоуголь может улучшать способность почвы удерживать питательные вещества и воду. Его популярность также связана со способностью сокращать выбросы парниковых газов, удерживая углерод в почве на столетия.

Новое исследование, опубликованное в журнале Environmental Science and Technology, впервые изучает, как биоуголь влияет на химическую сигнализацию, которую постоянно используют почвенные микроорганизмы, взаимодействующие с растениями.

Чтобы изолировать и измерить влияние биоуголь на один конкретный микробный «разговор», команда использовала инструменты синтетической биологии. Исследователи создали два штамма бактерий E. coli: один «говорил», испуская химический сигнал (ацилированные гомосеринлактоны), распространённый среди почвенных микробов, а другой «слушал», реагируя на этот сигнал. В каждый организм были встроены флуоресцентные гены, заставлявшие их светиться разными цветами: красным («говорящий») и зелёным («слушающий»).

Для экспериментов была разработана специальная установка в чашке Петри. В агаровый гель помещались две параллельные платформы, создающие после удаления два жёлоба. Один жёлоб заполняли чистым агаром, другой — агаром с биоуглём. «Говорящие» организмы помещали в центр чашки, а «слушателей» — по разные стороны от каждого жёлоба.

В десятках микроскопических тестов наблюдалось значительно меньше зелёного свечения со стороны, отделённой биоуглём. Это означало, что E. coli на той стороне хуже «слышали» отправителя. Гипотеза подтвердилась: биоуголь мешает клеточной сигнализации, вероятно, связываясь с молекулами жирных кислот, которые «говорящие» используют для передачи сигнала.

Ключевые выводы:

• Биоуголь, произведённый при более высоких температурах, был в 10 раз эффективнее в подавлении коммуникации.
• Это согласуется с более ранними данными о том, что биоуголь, полученный при высоких температурах, лучше удерживает воду и питательные вещества.
• Биоуголь может избирательно подавлять «разговоры» между микробами, в том числе потенциально вредные (например, координацию атак патогенами).

Исследование проведено междисциплинарной группой Biochar Research Group Университета Райса. Учёные надеются, что в будущем можно будет создавать «руководство» для получения биоугля с заданными свойствами, позволяющими управлять микробным разнообразием почвы.