Какие гены важны для энергетического метаболизма архей?

Исследовательская группа под руководством Кристы Шлепер из Венского университета смогла выделить из почвы первую аммиак-окисляющую архею: Nitrososphaera viennensis — «сферический окислитель аммиака из Вены». В текущем выпуске журнала PNAS учёные представляют новые результаты: им удалось обнаружить все белки, активные во время окисления аммиака, — ещё один важный элемент в расшифровке энергетического метаболизма архей.

Микроорганизмы всё ещё часто воспринимаются лишь как возбудители болезней, хотя подавляющее большинство из них играет важную экологическую роль в глобальных геохимических циклах. Без метаболической активности мельчайших живых организмов — бактерий и архей — жизнь на Земле была бы невозможна. Эти микроорганизмы играют центральную роль в крупных геохимических циклах, разлагая органическое вещество и возвращая полученные строительные блоки в атмосферу или делая их доступными для новой жизни.

Но что насчёт архей? Долгое время эта вторая группа микроорганизмов, относящаяся наряду с бактериями к прокариотам, обнаруживалась только в горячих источниках и других экстремальных местах. Лишь десять лет назад так называемые таумархеи были обнаружены в огромных количествах в морской воде всех океанов, а также в почвах и озёрах. Эти археи окисляют аммиак до нитрита и, благодаря своему глобальному распространению, очевидно, участвуют в этом важном этапе азотного цикла.

Первым официально описанным штаммом такой археи является Nitrososphaera viennensis. Он происходит из сада университетского центра на Альтханштрассе в 9-м районе Вены и из-за своей формы и происхождения называется «сферическим окислителем аммиака из Вены». Отдельная клетка имеет диаметр всего 0,8 микрометра, то есть 0,8 миллионной метра.

Этот научный прорыв 2011 года стал предпосылкой для того, чтобы Криста Шлепер и её команда исследовали не только отдельные гены, но и белки аммиак-окисляющей археи из почвы. «Поскольку организм растёт только до очень низкой плотности клеток, нам пришлось использовать большие ферментеры, чтобы получить достаточное количество биомассы», — объясняет Криста Шлепер. Учёным теперь удалось исследовать, какие из генов этого модельного организма присутствуют у всех таумархей и какие активны во время окисления аммиака.

«Наше исследование позволяет разрабатывать гипотезы о процессе окисления аммиака, которые теперь можно проверить экспериментально: ведь до сих пор энергетический метаболизм этих архей, которые относятся к самым распространённым микроорганизмам на нашей планете, ещё не был расшифрован», — говорит микробиолог.

Кроме того, новое исследование впервые даёт ключи к особым адаптациям архей из почвы. К ним относятся их способность формировать биоплёнки и взаимодействовать с другими микроорганизмами. «Лучшее понимание архей, живущих в почве, имеет большое экологическое значение. Поскольку археи производят меньше парниковых газов, чем бактерии, во время окисления аммиака, важно узнать, при каких условиях их можно предпочтительно размножать в сельскохозяйственных почвах», — объясняет Криста Шлепер. В будущем изучение Nitrososphaera viennensis может также приобрести медицинскую значимость, поскольку близкородственные штаммы обнаруживаются на коже человека.