Ученые открыли замечательную новую форму симбиоза — бактерию, которая живет внутри и снабжает энергией одноклеточный организм, называемый инфузорией. В отличие от митохондрий, которые используют кислород, микроб снабжает хозяина энергией, вдыхая нитрат.
Исследователи сначала обнаружили микроб в пресноводном озере, а затем приступили к определению ареала его распространения. К своему удивлению, они обнаружили эти микробы в самых разных средах по всему миру: от озер и грунтовых вод до даже сточных вод. Это открытие бросает вызов нашему пониманию микробного партнерства и показывает, как эти крошечные организмы играют скрытую, но важную роль в экосистемах по всему миру.
В 2021 году ученые из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене (Германия) сделали важное открытие: уникальная бактерия живет и обеспечивает энергией инфузорий, одноклеточный эукариотический организм. Эти симбиотические отношения аналогичны роли, которую митохондрии играют в клетках, но с одним существенным отличием: вместо использования кислорода эта эндосимбиотическая бактерия генерирует энергию посредством дыхания нитратов.
Чтобы лучше понять распространение и разнообразие этих необычных микроорганизмов, исследователи из Бремена расширили сферу своего исследования. Теперь исследователи в Бремене начинают больше узнавать о распространении и разнообразии этих странных симбионтов в окружающей среде. Яна Милука из Института морской микробиологии Макса Планка объясняет: «После того, как мы впервые обнаружили этого симбионта в пресноводном озере, мы захотели узнать, насколько распространены эти организмы в природе. Являются ли они чрезвычайно редкими и поэтому долгое время оставались неоткрытыми? Или они существуют где-то еще, и если да, то каковы их метаболические способности?»
Чтобы выяснить это, ученые провели поиск в крупных общедоступных базах данных секвенирования, содержащих генетические данные из многочисленных образцов окружающей среды. То, что они обнаружили, было удивительным: эти симбионты фигурировали примерно в 1000 различных наборах данных. «Мы были удивлены тем, насколько они вездесущи», — сказал Милука. «Мы можем найти их на каждом обитаемом континенте, и более того, мы узнали, что они могут жить не только в озерах и других пресноводных средах обитания, но также в грунтовых и даже сточных водах».
В этих наборах данных ученые обнаружили не только оригинальных симбионтов, но и некоторых новых родственников. «В конечном итоге мы идентифицировали четыре новых вида, два из которых фактически образуют новый род», — объясняет первый автор Даан Спет, — «поскольку симбионты в этом новом роде могут быть связаны с первоначально обнаруженным Azoamicus (название которого означает «Друг азота»), выполняющим аналогичную роль, и мы назвали новый род Azosocius («Друг азота»). Нам посчастливилось найти новый вид Azosocius в образцах подземных вод из Гейних, Германия, недалеко от Бремена».
Теперь ученые хотят глубже изучить жизнь этих новых видов. Работая с Кирстен Кюзель и Уиллом Оверхолтом из Университета Фридриха-Шиллера в Йене, Германия, которые первоначально собрали образцы Хайниха, ученые смогли получить доступ к местам отбора проб и изучить метатранскриптомные данные — данные, которые описывают экспрессию генов в образце и показывают микробную активность.
Спет продолжил: «Здесь нас ждет еще один сюрприз — эти респираторные симбионты могут проделывать новые трюки. В отличие от первоначальных видов симбионтов, которые могут выполнять только анаэробное дыхание (то есть денитрификацию), все новые виды симбионтов на самом деле кодируют терминальный фермент оксидазу, который позволяет им выполнять кислородное дыхание в дополнение к азоту. Это может объяснить, почему мы также находим этих симбионтов в средах, которые полностью или частично бескислородны».
Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, отвечают на открытые вопросы ученых о биогеографии симбионтов. «Благодаря открытию этих новых видов мы теперь можем больше думать об их эволюции», — говорит Милука. «Мы надеемся лучше понять, как появились эти полезные симбионты и как они развивались с течением времени». "
В исследовании есть и экологические аспекты, добавил Спет: «Осуществляя денитрификацию, эти симбиотические отношения оказывают влияние на цикл азота в их соответствующих средах обитания и могут удалять питательные вещества, такие как оксиды азота, одновременно производя парниковые газы, такие как закись азота».
И последнее, но не менее важное: простое понимание мира микробов. «Это существо — чудо природы», — взволнованно сказала Милука. «Протисты часто способны осуществлять такие удивительные метаболические инновации, потому что они так легко связаны с прокариотами. Для меня это действительно увлекательно. Эти организмы являются важной частью головоломки в понимании эволюции эукариот».
Составлено из /ScitechDaily