Ученые раскрыли генетическую основу для производства домоевой кислоты, мощного нейротоксина, вырабатываемого некоторыми вредоносными цветками водорослей.
В новом исследовании, опубликованном в выпуске журнала Science за эту неделю, исследователи определили кластер генов, связанных с производством домоевой кислоты в микроскопических растениях или фитопланктоне, который называется Pseudo-nitzschia.
Исследователи, чья работа финансируется Национальным научным фондом (NSF), обнаружили, что гены содержат биологические направления производства токсина; эти гены «включаются», когда Pseudo-nitzschia производит домоевую кислоту.
«Определив гены, которые кодируют производство домоевой кислоты, мы теперь можем задать вопросы о том, какие условия океана включают или выключают эти гены», - сказал Патрик Брансон, ведущий автор исследования. Брансон связан с Океанографическим институтом Скриппса (SIO) и Институтом Дж. Крейга Вентера. «Эти знания позволят нам отслеживать развитие токсичности цветения на генетическом уровне».
Показывая, как включаются гены, отвечающие за выработку домоевой кислоты, авторы предлагают способ связать условия океана, вызывающие цветение водорослей, с развитием производства токсинов.
«Понимание того, как цветение водорослей становится токсичным, и какие условия вызывают это, имеет решающее значение», - сказала Хеди Эдмондс, директор программы в Отделе наук об океане NSF. «Это исследование предлагает возможный инструмент для мониторинга цветения водорослей и прогнозирования производства токсина до того, как оно произойдет».
Вредоносное цветение водорослей часто проявляется в виде «красных приливов», названных так из-за красноватого оттенка, который они придают океанским водам. Цветение происходит, когда фитопланктон быстро растет, иногда производя токсины, которые могут вызывать болезни у морских млекопитающих и других видов.
Вредоносное цветение водорослей также представляет угрозу для здоровья человека, когда токсины накапливаются в морепродуктах. Воздействие домоевой кислоты в высоких дозах может привести к амнезическому отравлению моллюсками, потенциально смертельному состоянию, характеризующемуся судорогами и кратковременной потерей памяти.
Несколько штатов серьезно пострадали от вредоносного цветения водорослей. Летом 2015 года у западного побережья Северной Америки от Аляски до Калифорнии произошло крупнейшее из когда-либо зарегистрированных вредных цветений водорослей, что привело к закрытию рыбных промыслов, чтобы защитить потребителей от потенциального отравления моллюсками.
Вредоносное цветение водорослей трудно предсказать, выяснили ученые. Организмы, вызывающие цветение, обычно имеют очень сложный геном. По словам ученых, знание генов, участвующих в выработке домоевой кислоты, позволит лучше отслеживать цветение водорослей и поможет определить условия, вызывающие выработку токсинов.
«Поскольку геномы водорослей настолько сложны, пути биосинтеза токсинов морских микроводорослей в течение некоторого времени оставались неуловимыми», - сказал старший автор Брэдли Мур, химик и генетик из SIO и Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Школа фармации и фармацевтических наук Скаггса Диего.
«Теперь, когда у нас есть геном Pseudo-nitzschia и генетический путь производства домоевой кислоты, мы начинаем понимать, почему эти микроводоросли вырабатывают токсин и как активируется эта способность», - сказал Мур. «Эти новые знания помогут нам лучше понять, как предсказывать и готовиться к будущим токсическим событиям».
Работа продвинула более раннее исследование Дэвида Хатчинса из Университета Южной Калифорнии, который также является соавтором исследования.
Когда количество фосфатов в океане ограничено, а количество углекислого газа увеличивается, Pseudo-nitzschia может производить большое количество домоевой кислоты и становиться вредной.
Углекислый газ в море превышает естественный уровень. Наряду с повышением температуры океана эти условия приводят к более распространенному, более токсичному и более продолжительному цветению и производству домоевой кислоты..
Исследователи, работающие над мониторингом и прогнозированием вредоносного цветения водорослей, говорят, что полученные данные позволяют лучше понять это явление и помогут предсказать проявления домоевой кислоты в ответ на изменение климата.
Национальный институт здравоохранения, Фонд Гордона и Бетти Мур и Министерство энергетики США также финансировали исследование.