АФИНЫ, Джорджия. Ученые находят все больше доказательств того, что земные океаны могут испытывать серьезные проблемы. От разрушения коралловых рифов до массовой гибели рыбы - проблемы, стоящие перед мировыми морями, серьезны и растут. Есть одна область морской экологии, которая может быть важна для решения многих из этих проблем, но остается практически неизвестной: бактерии. Какие бактерии обитают в океанах и как они живут?
Новое исследование морских ученых из Университета Джорджии раскрывает интригующие и неожиданные подсказки о морских бактериях. Наиболее интересным может быть доминирование бактерий так называемой «морской альфа-группы» в прибрежных водах и эстуариях побережья Джорджии. Целых 30 процентов бактерий в этом районе принадлежат к одной группе, называемой морскими альфа-бактериями, но причины этого и их значение до сих пор неясны.
«В настоящее время важной целью морской микробиологии является понимание связи между структурой бактериальных сообществ и их экологической функцией», - сказала доктор Мэри Энн Моран. «Мы изучаем группу бактерий, которые тесно связаны между собой, но функционально могут быть очень разнообразны».
Исследование было опубликовано в конце прошлого года в журнале Applied and Environmental Microbiology и финансировалось за счет грантов Программы морских грантов колледжа Джорджии и Национального научного фонда. Моран сотрудничал с научным сотрудником доктором Хосе Гонсалесом в этом исследовании.
Ученые согласны с тем, что прибрежные бактерии играют существенную роль в биогеохимических процессах и что однажды эти бактерии могут сыграть важную роль в бизнесе и промышленности, а также в поддержании здоровья прибрежных экосистем. Однако из-за ряда проблем состав бактериальных сообществ оставался в значительной степени неизвестным. Исследователи не хотели погружаться в огромное количество морских бактерий, потому что их чертовски сложно культивировать в лабораториях. И даже те, которые были выращены, часто не связаны с бактериями, которые являются экологически важными в морских экосистемах, что затрудняет научные связи и выводы.
Все изменилось за последние несколько лет с появлением новых методов идентификации бактерий на уровне их основных строительных блоков. Используя определенные последовательности генов в качестве мишеней для идентификации, ученые могут распознавать и идентифицировать бактерии без необходимости их предварительного культивирования.
«Целью нашей работы является ген рибосомной РНК 16S, - сказал Моран, - и это хороший ген, на котором стоит сосредоточиться, потому что всем живым существам нужны рибосомы для производства белков».
Все дело в том, что происходит внутри клетки. Рибосомы представляют собой небольшие клеточные компоненты, в которых происходит синтез белка, и они состоят из специализированных молекул рибосомной РНК (сокращенно рРНК). Гены, кодирующие рРНК, являются важным компонентом генетического материала всех прокариот (клеточных организмов, таких как бактерии, у которых отсутствует ограничивающая мембрана), но они достаточно различаются, чтобы дать каждому виду уникальное название.
Моран и Гонсалез нашли предварительные доказательства того, что скопление морских бактерий может быть особенно важным в прибрежной морской воде на юго-востоке США, а затем использовали ключевой ген рРНК для количественной оценки того, насколько они могут быть многочисленны. В работе, которая вызывает значительный интерес у ученых-морелогов во всем мире, они разработали «зонд», молекулу, которая каким-то образом помечена - обычно радиоактивностью или флуоресценцией - для поиска гена 16S рРНК морских альфа-бактерий в морской воде. Зонд ищет похожие последовательности пар оснований (химические строительные блоки двухцепочечной ДНК) и маркирует их путем гибридизации с ними.
Используя этот процесс, морские ученые смогли обнаружить, к своему удивлению, что до 30 процентов бактериальных генов, присутствующих в ряде мест у побережья Джорджии за трехлетний период, были получены от членов морская альфа-группа бактерий. Присутствие морских альфа-бактерий уменьшилось в пресноводных районах эстуариев, например, в местах впадения реки Альтамаха, что указывает на то, что они являются исключительно морскими и специализируются на соленой воде вдоль побережья Джорджии.
Моран действительно нуждался в большем количестве доказательств того, что зонд правильно нацелился на морские альфа-бактерии. Поэтому она и Гонсалес использовали технику, называемую полимеразной реакцией на кресле (ПЦР), чтобы значительно амплифицировать генетические последовательности генов 16S рРНК для изучения, в то же время успешно культивируя бактерии в агаровой среде с морской водой с низким содержанием питательных веществ.
«Помимо предоставления дополнительных доказательств обилия морских альфа-бактерий в прибрежной морской воде на юго-востоке США, успешное культивирование бактерий из этой группы дает организмы для изучения физиологии и экологии этого важного скопления», - сказал Моран.
Теперь, когда стало ясно, что морские альфа-бактерии изобилуют прибрежными морскими системами, остается вопрос: какую роль они играют? Как оказалось, эти бактерии могут занять важное место в промышленности в будущем, поскольку по крайней мере одна описанная впервые и названная Гонсалесом и Мораном (Sagittula stellata) способна расщеплять лигнин, полимер, действующий как природное связующее вещество. и опора для целлюлозных волокон древесных растений. Потенциальное использование таких бактерий в целлюлозно-бумажной промышленности очевидно. А лигнин и родственные соединения также имеют много природных источников в прибрежных водах.
Кроме того, есть свидетельства того, что некоторые бактерии могут участвовать в круговороте серы - важном природном процессе, который также используется в бизнесе и промышленности. Однако еще многое предстоит узнать, прежде чем человечество сможет использовать эти морские бактерии. Действительно, ученые до сих пор пытаются полностью понять роль этих бактерий в морях.
Это только два аспекта расширяющихся исследований, и Моран только что получил трехлетний грант в размере 273 000 долларов США от Национального научного фонда, чтобы узнать больше.