Микробы повсюду - в организме человека они защищают нас от вредных бактерий и помогают нам переваривать пищу; в почвах они обеспечивают питательные вещества и стимулируют рост растений. Микробы живут даже в отложениях ниже морского дна, где они играют ключевую роль в подводной экосистеме.
Ученые ежегодно выявляют и описывают все больше микробов, используя технологии секвенирования ДНК. По мере секвенирования каждого нового вида ученые добавляют его к микробному «дереву жизни», создавая виртуальную перепись того, что там есть.
Оказывается, это непростая работа. Чтобы представить ситуацию в перспективе, ученые не уверены, сколько микробов вообще существует. Оценки сильно разнятся от миллионов до триллионов.
Профессор Университета Делавэра Дженнифер Биддл и Роза Леон-Зайас, защитившие докторскую диссертацию в UD в начале этого года, недавно описали новые подробности о микробах, известных как Parcubacteria, в статье, опубликованной в журнале Environmental Microbiology.
Паркубактерии были обнаружены в образцах отложений, собранных Джеймсом Кэмероном в районе Бездны Челленджера Марианской впадины во время экспедиции Deepsea Challenge. Советник Леона-Зайаса, Дуг Бартлетт из Океанографического института Скриппса, был главным научным сотрудником экспедиции.
«С научной точки зрения, Бездна Челленджера была бесценной возможностью собрать образцы из самой глубокой части океана», - сказал Леон-Зайас, ведущий автор статьи, ныне доцент Университета Уилламетт.
Ученые традиционно изучали, как работают микробы, выращивая и изучая их в чашках Петри и мензурках. Только после того, как секвенирование ДНК продвинулось вперед, чтобы включить способность разделять и тестировать микробы, присутствующие в образцах окружающей среды (таких как почвы или отложения), ученые поняли, что они пропустили огромную часть бактерий, которые теперь называются излучением кандидата типа (CPR).
Одна группа микробов CPR, называемая Parcubacteria, была обнаружена в грунтовых водах и неглубоких отложениях в нескольких местах на суше, но она была тщательно изучена только в образцах отложений из водоносного горизонта возле Рифл, Кол.
Когда Кэмерон собрал образцы отложений на дне траншеи, ученые обнаружили, что там также обитает множество различных видов Parcubacteria.
«Нам было интересно узнать, ведут ли микробы, живущие на дне океана, тот же образ жизни, что и микробы, живущие в почве в Райфле, штат Колорадо», - сказал Биддл, морской микробиолог и доцент Колледжа Школа морских наук и политики Земли, океана и окружающей среды.
Леон-Зайас использовал метод сортировки, чтобы отделить микробные клетки от частиц осадка, чтобы ученые могли амплифицировать и секвенировать ДНК микробов. Затем исследователи охарактеризовали отдельные микробные геномы. Основываясь на генах, присутствующих в геноме - участках ДНК, которые определяют, на какой метаболизм способна клетка, - ученые могут сделать вывод о том, что делают бактерии.
Это геномное секвенирование показало, что Parcubacteria из морских глубин имеют довольно простой метаболизм; но геномы были крупнее, чем у их земных собратьев, и даже имели несколько дополнительных особенностей. В частности, эти особенности указывали на то, что бактерии могут осуществлять анаэробное дыхание, используя для дыхания такие вещества, как нитраты, вместо кислорода.
Паркубактерии также, по-видимому, имеют больше белков и ферментов, связанных с холодной средой, что неудивительно, поскольку дно Марианской впадины холодное и темное.
"Имеет смысл, что организмы на дне океана должны быть более самодостаточными. Окружающая среда экстремальна, и еды не так много", - сказал Биддл.
Хотя это открытие добавило новую ветвь в генеалогическое древо микробов, осталось много вопросов без ответов.
По словам Биддла, который является частью команды UD, которая недавно получила грант Фонда Кека, чтобы углубиться в микробные исследования, секвенирование ДНК открыло огромную новую область микробиологии, которая была неизвестна десять лет назад.
Быстрое развитие технологий было ключом к прогрессу в этой области, сказала она, от разработки подводных аппаратов, способных транспортировать ученых на дно траншеи, до новых сложных инструментов, таких как проточные цитометры, которые помогают ученым сортировать, секвенировать и анализировать мельчайшие организмы.
Однако чем больше учёные открывают, тем больше они понимают, что им ещё предстоит научиться.
«Сейчас это огромная область для открытий», - сказал Биддл.