Метан является не только мощным парниковым газом, но и источником энергии. Поэтому микроорганизмы используют его для своего метаболизма. Они делают это гораздо чаще и разными способами, чем предполагалось ранее. Метан - особая молекула. Это основной компонент природного газа, и мы отапливаем им наши квартиры, но при попадании в атмосферу он является мощным парниковым газом. Он также занимает центральное место в микробиологии: в отсутствие кислорода особая группа микроорганизмов, так называемые метаногенные археи, может производить метан. Другие микроорганизмы - археи, живущие в симбиозе с бактериями, - могут использовать метан в качестве источника питания.
Независимо от того, производится или потребляется метан, ключевым является один и тот же фермент: метилкофермент М-редуктаза (MCR). Этот фермент производит метан, но его также можно использовать для расщепления этого газа. Этот фермент производит метан и может снова расщепить этот газ. Долгое время ученые считали, что только несколько видов микробов могут так или иначе преобразовывать метан. Однако в последнее время появляется все больше свидетельств того, что важные ключевые участники метанового цикла остаются без внимания.
В поисках геномной иглы в стоге сена последовательности
Ученые из Университета Цзяо Тонг в Шанхае, Китай, и Института морской микробиологии им. Макса Планка в Бремене внимательно изучили это. Они просмотрели глобальные базы данных геномов, в которых собрано бесчисленное количество информации о генах, найденных в окружающей среде, в поисках новых метановых организмов. Их хитрость: они искали не конкретные организмы, а ключевой фермент.
В поисках последовательностей генов, сходных с известными генами MCR, первый автор Иньчжао Ван из Университета Цзяо Тонг вскоре нашел то, что искал. Он открыл ряд ранее неизвестных генов, несущих необходимую информацию для производства МКР. «Эти MCR можно условно разделить на три группы», - говорит Иньчжао Ван. «Одна группа включает известные последовательности генов. Две другие группы - совершенно новые». Исследователи использовали эти новые последовательности в качестве первой части головоломки, чтобы собрать полные геномы из огромного количества доступных данных. Результаты были ошеломляющими: собранные геномы полностью отличались от геномов известных метановых микробов. «Например, мы обнаружили MCR у Archaeoglobi и у архей из суперфилума TACK. Ранее подобные метаболические пути у этих организмов не подозревались», - говорит Фэнпин Ван из Университета Цзяо Тонг, инициатор исследования.
Опубликованные результаты показывают, что у архей широко распространены различные варианты метаболизма метана. Это говорит о большей роли этих микроорганизмов в глобальном углеродном балансе, чем предполагалось ранее.
Новые виды и метаболические пути
Что микробы делают с этими метаболическими путями в деталях, еще не выяснено. Некоторые организмы производят метан. Другие, с другой стороны, кажется, окисляют его. «Наши результаты очень интересны! Мы предположительно обнаружили первых архей, которые могут дышать метаном с сульфатом без бактерий-партнеров», - говорит Гюнтер Вегенер из Института Макса Планка в Бремене. «Другие явно питаются не метаном, а высшими углеводородами». Одни только геномы дают ключ к пониманию образа жизни этих архей. «Мы часто не знаем, в каком направлении организмы используют, по-видимому, очень гибкий метаболический путь образования метана», - продолжает Вегенер.
Из базы данных в лабораторию
Чтобы точно понять, что делают обнаруженные организмы, и проверить гипотезы, основанные на геноме, исследователи из Бремена и Шанхая теперь будут совместно пытаться культивировать эти организмы (т.е. вырастить их в лаборатории). Однако это не так просто - похоже, они предпочитают жизнь в горячих источниках и в глубоких подземных местах обитания. С материалом из этих мест ученые начнут свои эксперименты по выращиванию.