Поток электронов помогает океанским микробам поглощать метан

Микробные партнеры в глубинах океана могут эффективно работать вместе, потребляя метан, даже не находясь в прямом контакте. Исследование Калифорнийского технологического института (Caltech) показало, что они используют электроны для обмена энергией на расстоянии.

Впервые задокументирован прямой межвидовой транспорт электронов — движение электронов от одной клетки, через внешнюю среду, к клетке другого типа — у микроорганизмов в природе.

Результаты опубликованы 16 сентября в журнале Nature.

Исследование под руководством профессора Виктории Орфан (Victoria Orphan) сосредоточено на симбиозе между бактериями и археями в глубоководных метановых просачиваниях. Эти организмы работают вместе в синтрофии («совместном питании»), потребляя до 80% метана, выделяемого со дна океана, предотвращая его попадание в атмосферу в качестве парникового газа.

Симбиоз включает анаэробных метанотрофных архей (поедателей метана) и сульфатредуцирующих бактерий (дышащих сульфатом вместо кислорода). Однако механизм обмена энергией между ними был неясен.

Используя подводный аппарат Alvin, ученые собрали образцы микробных консорциумов. Анализ с помощью флуоресцентных ДНК-меток и масс-спектрометрии высокого разрешения (nanoSIMS) показал, что метаболическая активность клеток не зависит от их пространственного расположения. Даже клетки, находящиеся на расстоянии многих клеточных длин от партнера, оставались активными.

Моделирование, проведенное постдоком Крисом Кемпесом (Chris Kempes), показало, что обычные метаболиты (например, водород) не могут объяснить наблюдаемые паттерны активности. Модели, основанные на прямом переносе электронов, лучше соответствовали эмпирическим данным.

Дальнейший анализ выявил наличие многогемовых цитохромов — крупных белков, действующих как проводящие «провода» для транспорта электронов — на внешней поверхности изучаемых архей. Это объясняет, как возможен эффективный обмен энергией на расстоянии.

Это один из первых примеров прямого межвидового переноса электронов между некультивируемыми микроорганизмами в природной среде. Полученные данные расширяют понимание микробных взаимодействий и открывают путь для изучения других симбиозов с помощью микромасштабных методов.