В глубоководных кораллах обнаружены неизвестные бактерии с экстремально малыми геномами

Немецко-американская исследовательская группа обнаружила два крайне необычных вида бактерий в тканях двух глубоководных кораллов из Мексиканского залива. Эти ранее неизвестные симбионты кораллов имеют чрезвычайно редуцированный геном и лишены способности получать энергию из углеводов, сообщает команда в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Исследование возглавляли профессор Илиана Баумс из Института функционального морского биоразнообразия имени Гельмгольца при Ольденбургском университете (HIFMB) и доктор Сэмюэл Фосен из Университета Лихай в США.

Уникальные симбионты в темных глубинах

Ученые изучили несколько колоний двух видов мягких кораллов, Callogorgia delta и Callogorgia americana, обитающих в Мексиканском заливе на глубинах от 300 до 900 метров, где царит полная темнота.

Были обнаружены два ранее неизвестных, близкородственных вида бактерий из класса моликутов (Mollicutes). На основе генетического анализа исследователи предложили новое семейство Oceanoplasmataceae, к которому следует отнести эти бактерии.

Дальнейшие исследования показали, что бактерии являются доминирующими симбионтами этих кораллов и живут в гелеобразном слое ткани, который является частью их иммунной защитной системы и транспортирует питательные вещества.

Рекордно малые геномы

• Один вид (Oceanoplasma callogorgiae) содержит всего 359 генов, кодирующих белки.
• Другой (Thalassoplasma callogorgiae) имеет 385 белковых генов.

Для сравнения: кишечная палочка Escherichia coli содержит более 4000 таких генов, а у человека их около 21 000.

Загадочный метаболизм

Вопрос о том, как метаболизм двух новых микробов может функционировать с таким редуцированным геномом, остается для ученых загадкой.

«У этих бактерий даже нет генов для нормального метаболизма углеводов, то есть для получения энергии из углеводов — того, что есть практически у каждого живого организма», — объясняет Баумс.

Согласно проведенным исследованиям, их единственным источником энергии является аминокислота аргинин, которую предоставляет коралл-хозяин. «Но расщепление этой аминокислоты дает лишь крошечное количество энергии. Поразительно, что бактерии могут выживать на таком малом», — говорит Фосен. Бактерии также получают от хозяина другие необходимые питательные вещества.

Паразиты или полезные партнеры?

Остается неясным, являются ли микробы чистыми паразитами или кораллы каким-то образом извлекают пользу из этого симбиоза.

Генетический анализ показал, что два вида бактерий используют различные защитные механизмы CRISPR/Cas для удаления чужеродной ДНК.

Исследователи предполагают, что эти механизмы могут быть полезны и кораллам-хозяевам, помогая им отражать патогены. Другая возможность заключается в том, что бактерии поставляют хозяину азот при расщеплении аргинина.

Значение для понимания кораллов

Для Баумс эти симбионты — возможность глубже понять историю этой разнообразной группы животных. Симбионты имеют решающее значение для способности кораллов адаптироваться к различным условиям окружающей среды, поскольку «обеспечивают метаболические функции, которых самим кораллам не хватает».

Например, тропические кораллы на мелководье полагаются на фотосинтезирующие водоросли, а холодноводные кораллы, живущие в темноте и бедной питательными веществами глубоководье, как считается, зависят от бактерий, преобразующих питательные вещества.

В исследовании также участвовали ученые из Института морской микробиологии Общества Макса Планка в Бремене, Кильского университета и Университета Пенсильвании в США.