Бактерии вулканических почв выживают за счёт минимализма

Новое исследование учёных из Университета Отаго и GNS Science помогает решить загадку того, как бактерии выживают в средах, обеднённых питательными веществами. Хотя известно, что большинство почвенных бактерий существуют в спящем состоянии из-за нехватки питательных веществ, метаболические стратегии, обеспечивающие их выживание, оставались неясными.

Для решения этой задачи исследователи изучили экстремальный случай. Они исследовали штамм Pyrinomonas methylaliphatogenes из типа acidobacteria, культивированный из нагретых и кислых геотермальных почв в Вулканической зоне Таупо. Бактерия выживала в этой негостеприимной экосистеме, несмотря на отсутствие в почве привычных для неё питательных веществ.

Глубокое изучение генетических и биохимических возможностей организма показало, что бактерия использует крайне минималистичный подход к выживанию. Когда её предпочитаемые источники углеводов истощаются, она способна улавливать следовые количества газообразного водорода (H₂) из воздуха. Для выживания организму необходимы лишь атмосферные водород и кислород — он буквально «живёт на воздухе».

Результаты опубликованы в престижном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Авторами работы являются профессор Грег Кук, его бывший аспирант доктор Крис Грининг (ныне в CSIRO), а также исследователи из GNS Science доктор Мэтью Сттт и доктор Карло Карере.

Изучая медленнорастущий изолят, а не типичный быстрорастущий лабораторный штамм, команда смогла получить важные данные о стратегиях выживания «спящего микробного большинства». По словам профессора Кука, это первый случай, когда у acidobacteria — второго по распространённости типа бактерий в глобальных почвах — обнаружена способность использовать газообразный водород в качестве источника энергии. «Даже несмотря на низкие концентрации этого газа в воздухе, он предоставляет им постоянный и неограниченный ресурс для выживания», — отмечает он.

Эта публикация — последняя в трилогии статей в PNAS, авторами которой являются профессор Кук и доктор Грининг. Их предыдущая работа показала, что почвенные actinobacteria, другой доминирующий тип, демонстрируют схожую метаболическую гибкость, переключаясь на потребление водорода при истощении других питательных веществ.

В новой статье исследователи заключают, что улавливание следовых газов, таких как водород, является недооценённым общим механизмом выживания бактерий и, вероятно, обеспечивает энергией значительную часть бактериальных сообществ в почвах.