Ценность открытой бактерии заключается в способности производить энергопреобразующий белок, запасающий энергию света
Природное мелководное гиперсолёное содовое озеро Горчина-3 (Кулундинская степь, Алтай), из которого был выделен штамм Омега. Фото с сайта msu.ru
Сотрудники МГУ совместно с российскими коллегами выделили из гиперсолёного озера Кулундинской степи на Алтае новый штамм бактерий. Исследования штамма показали, что находка принадлежит к новому виду и роду.
Ценность открытой бактерии заключается в её способности производить энергопреобразующий белок, запасающий энергию света.
Бактерии-экстремофилы живут в условиях, малопригодных для жизни. Биологические молекулы, позволяющие микроорганизмам функционировать в экстремальных условиях, часто оказываются ценными в промышленности или фармакологии. Эта особенность микроорганизмов-экстремофилов с середины прошлого века привлекает исследователей со всего мира.
Один из авторов исследования, российский биолог Дмитрий Сорокин - организатор и неизменный участник экспедиций в Алтайский край - отобрал микробиологические пробы из гиперсолёного озера Кулундинской степи.
Затем из этих проб вывели культуру бактерий, которая оказалась неизвестным науке родом и видом, принадлежащим глубокой филогенетической ветви в недавно описанном типе бактерий Balneolaeota.
Чтобы получить чистую культуру бактерий, учёные в июле 2011 года отобрали микробиологические пробы с плёнки из отложений гиперсолёного озера. Далее последовала работа с клетками в лаборатории. Сначала учёные подготовили в колбах Эрленмейера среду, близкую по pH и содержанию солей к воде озера, откуда были отобраны пробы.
Затем высеяли на этой среде бактерии и инкубировали их с соблюдением теплового и светового режимов, близких к природным. Культуру бактерий с подпиткой выдерживали два года, чтобы получить достаточный объём биомассы.
В течение нескольких месяцев смешанная культура стабилизировалась, на ней выросло 2 вида галофильных (тяготеющих к засоленным местообитаниям) цианобактерий. Учёные идентифицировали их принадлежность к родам Geitlerinema и Nodosilinea.
Цианобактерии - организмы фототрофные, то есть для жизнедеятельности им необходимы лишь свет, вода и минимальный набор микро- и макроэлементов. В некоторых колбах вместе с цианобактериями вырастали гетеротрофные бактерии, использующие в качестве питания цианобактерии.
Чтобы изолировать гетеротрофов и вывести чистую культуру, учёные подготовили специальную стерильную среду с экстрактом из клеток цианобактерий и посеяли на ней бактерии из колоний гетеротрофов. Спустя время на этой среде выросла чистая культура с причудливыми по форме клетками, образующими завитки, полукруги и спирали.
Чтобы идентифицировать их, был использован арсенал современных методов: морфологический, физиологический, молекулярный и генетический анализы. Сравнивая признаки этих бактерий с уже имеющимися в международных базах данных, учёные сделали вывод, что перед ними неизвестный науке вид.
По результатам молекулярно-генетического анализа, исследователи определили положение организма на систематическом древе, а именно на глубокой филогенетической ветви недавно открытого типа бактерий Balneolaeota. Сама бактерия оказалась представителем нового рода и вида, её назвали Cyclonatronum proteivorans.
«Весьма необычной является экологическая ниша новых представителей бактерий. Они выделены из стабильного сообщества с галоалкалифильными донными филаментными цианобактериями и являются их неотъемлемым гетеротрофным спутником, - прокомментировал один из авторов исследования, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ Мария Мунтян. — В нашей группе Д.Ю. Сорокиным показано, что в зависимости от условий роста клетки обнаруживают удивительную морфологию: от длинных нитей до форм, напоминающих начертание греческой буквы омега, что стало основанием дать неформальное название организму -Омега».
В геноме штамма Омега исследователи обнаружили ген протеородопсина, образующего отдельную ветвь в семействе недавно открытых протеородопсинов, перекачивающих ионы натрия. Методика и тесты, разработанные В МГУ на базе отдела биоэнергетики НИИФХБ, подтвердили, что клетки штамма Омега осуществляют светозависимый экспорт натрия.
Предположительно, физиологическая роль этого белка заключается в запасании энергии солнечного света в виде градиента ионов натрия на мембранах клетки, необходимой для процессов жизнедеятельности клетки.
«Ценность работы заключается в том, что обнаружен новый вид и новый род бактерий в уникальном, экстремальном по солёности и рН, местообитании - содовых озёрах. Новый организм является источником нового энергопреобразующего белка - натрийперекачивающего протеородопсина, образующего отдельную ветвь в семействе недавно открытых протеородопсинов, перекачивающих ионы натрия.
В отличие от описанных недавно натриевых протеородопсинов, гомологичный белок из штамма Омега функционирует в экстремально алкалифильном организме (живущем при рН среды до 10) при экстремальной солености. Белок с энергетическими функциями при таких свойствах может представлять большую ценность в промышленности и в научной отрасли», - сделала заключение Мария Мунтян.
Исследование проводило содружество российских биологов, работающих также в Институте микробиологии имени С.Н. Виноградского РАН (Москва), Дельфтском техническом университете (Нидерланды) и Балтийском федеральном университете имени Иммануила Канта (Калининград).
