Микроорганизмы, живущие в отложениях, погребенных под морским дном, получают свои питательные вещества, используя секретируемые ферменты для разложения адсорбированного детрита. Новое исследование показывает, что для выживания в течение длительного времени микроорганизмы после смерти поедают друг друга.
Отложения, лежащие в основе Мирового океана, являются прибежищем для разнообразных микробных сообществ. Выживание многих организмов в этой холодной бескислородной среде зависит от органического вещества. Действительно, морские отложения представляют собой крупнейший резервуар органического углерода на Земле, и понимание динамики его повторного использования жизненно важно для надежной оценки воздействия глобального потепления. Большая часть связанного углерода, обнаруженного в отложениях, состоит из детритных белков и углеводов. Однако мало что известно о микробных группах, ответственных за расщепление соединений углерода в подводном дне. Чтобы заполнить этот пробел в наших знаниях, Уильям Орси, профессор геомикробиологии кафедры наук о Земле и окружающей среде Университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхене, решил охарактеризовать эти группы, проанализировав на генетическом уровне ферменты, которые они выделяют в окружающую среду. Результаты исследования теперь опубликованы онлайн в журнале Nature Microbiology.
Микроорганизмы используют внеклеточные ферменты для катализа химической деградации органических, углеродсодержащих веществ в окружающей среде. Образовавшиеся продукты распада поглощаются специализированными транспортными белками и служат источниками энергии и строительными блоками для роста клеток. Все ферменты, предназначенные для экспорта из клеток, содержат короткую определенную последовательность аминокислот, которая служит идентификационной меткой, распознаваемой секреторным аппаратом, что позволяет им получить доступ к внешней стороне клетки. Фрагменты РНК окружающей среды, извлеченные из отложений, могут быть амплифицированы и проанализированы в лаборатории, что позволит получить последовательности этих меток, которые кодируют информацию для производства самих ферментов. «Используя новый биоинформационный метод, мы искали эволюционно консервативные и, следовательно, функционально важные мотивы аминокислотных последовательностей в этих последовательностях узнавания. Таким образом, мы впервые смогли не только использовать генетические данные для определения фермента функций, но и для специфического выявления тех ферментов, которые секретируются клетками, живущими в этих отложениях», - объясняет Орси.
Орси и его коллеги использовали данные о последовательности, которые были получены в более раннем исследовании РНК из окружающей среды, извлеченной из глубоководного бурения у побережья Перу. Новые результаты показывают, что бактерии, археи и грибы, погребенные в отложениях на дне моря, производят и выделяют уникальный набор ферментов. Эти катализаторы способны разлагать биомолекулы, связанные с осадочными отложениями, такие как углеводы, липиды и белки, но они также могут удалять питательные вещества из мертвых клеток.«Многие из ферментов, синтезируемых и секретируемых грибковыми клетками, специфически атакуют клеточные стенки архей, в то время как многие внеклеточные ферменты, выделяемые бактериями, могут разрушать клеточные стенки грибов», - говорит Орси. «Другими словами, разные классы микробов, очевидно, поедают «туши» друг друга». Предположительно, микроорганизмы используют эту «некромассу» в качестве источника углерода и энергии, что позволяет им выживать в этой враждебной бескислородной зоне, далеко за пределами досягаемости. солнечного света. - Самые старые отложения, обнаруженные в керне буровой скважины, были извлечены с глубины 159 метров ниже морского дна и имеют возраст 2,8 миллиона лет.
Исследователи теперь хотят знать, сколько углерода перерабатывается различными группами организмов, чтобы оценить их индивидуальный вклад в глобальный углеродный цикл. «Затем наши данные могут быть включены в биогеохимические модели, что повысит прогностическую силу таких моделей», - говорит Орси.