Исследователи из Института морской микробиологии им. Макса Планка и MARUM - Центра морских наук об окружающей среде в Бремене обнаружили микроб, который питается этаном в глубоководных горячих источниках. Им также удалось вырастить этот микроб в лаборатории. Что особенно примечательно, так это то, что механизм, с помощью которого он разрушает этан, является обратимым. В будущем это может позволить использовать эти микробы для производства этана в качестве источника энергии. Исследование опубликовано в журнале mBio..
В отличие от животных, которые переваривают только белки, углеводы и жиры, микроорганизмы также питаются множеством других органических соединений. Их не останавливает даже природный газ. Исследователи из Бремена сейчас обнаружили в морских глубинах микроб, питающийся этаном, который с долей до 15% является вторым по распространенности компонентом природного газа.
Жизнь в экстриме
Исследовательская группа под руководством Гюнтера Вегенера из Института морской микробиологии им. Макса Планка в сотрудничестве с исследователями из других институтов обнаружила ранее неизвестный микроб на морском дне бассейна Гуаймас на глубине 2000 метров в Калифорнийский залив. «Бассейн Гуаймас - это естественная лаборатория, изобилующая новыми видами», - сказал Вегенер. «Ответственность за это необычайное разнообразие несут горячие жидкости, вытекающие из морского дна, которые привлекают множество различных видов. Уже сегодня мы обнаружили множество организмов в этой среде обитания».
Ухудшение качества природного газа в командной работе
Некоторые компоненты природного газа, такие как пропан или бутан, могут быть расщеплены только бактериями. Однако для разложения основных компонентов природного газа - метана и этана - в соответствии с современным состоянием исследований необходимы два разных организма, которые образуют так называемый консорциум: археи, разлагающие природный газ, и бактерии, которые связывают электроны, высвобождаемые в процессе, с сульфатом, широко распространенным соединением в океане. Изучение биохимических процессов в консорциумах в лаборатории до сих пор было чрезвычайно сложной задачей: эти организмы растут очень медленно и делятся только раз в несколько месяцев. Таким образом, доступной биомассы всегда было мало.
Впервые в лабораторной культуре
С производителями этана, которые были обнаружены сейчас, дело обстоит иначе: «Эти консорциумы растут намного быстрее», - сообщил Седрик Хан, аспирант Института морской микробиологии им. Макса Планка и первый автор исследования. Клетки удваиваются каждую неделю. «Лабораторные культуры занимают меня довольно много. Но таким образом у нас теперь достаточно биомассы для обширных анализов. Например, нам удалось идентифицировать ключевые межклеточные интермедиаты в деградации этана. Кроме того, в этом исследовании мы представляем первый полный геном архей, разлагающих природный газ».
Вновь обнаруженная архея была названа Ethanoperedens thermophilum, что означает «теплолюбивый этаноед». Бактерии-партнеры знакомы по другим консорциумам. Катрин Книттель, которая работала над этой темой с момента открытия первых консорциумов, поглощающих метан, сказала: «Мы нашли последовательности генов этих архей во многих глубоководных жерлах. Теперь мы, наконец, понимаем их функцию».
Археи также могли превращать углекислый газ в этан
Исследователи также обнаружили кое-что еще: расщепление этана этим микробом обратимо. Таким образом, родственники Ethanoperedens могли производить этан из углекислого газа. Это очень интересно для биотехнологических приложений. Команда Вегенера сейчас ищет такие организмы. Кроме того, в сотрудничестве с коллегами они стремятся преобразовать микробы, производящие метан, в производителей этана. «Мы еще не готовы понять все этапы разложения этана», - сказал Рафаэль Ласо Перес, защитивший докторскую диссертацию об археях, разлагающих бутан. «В настоящее время мы изучаем, как Ethanoperedens может работать так эффективно. Если мы поймем его приемы, мы сможем культивировать в лаборатории новые археи, которые можно будет использовать для получения ресурсов, которые в настоящее время приходится извлекать из природного газа».
Таким образом, микробы, описанные здесь, важны для глобального углеродного цикла и повышения концентрации углекислого газа в атмосфере двумя способами: с одной стороны, они используют этан в глубоком море и, таким образом, предотвращают попадание этого газа в атмосфера. С другой стороны, они могли бы предложить отрасли решение по сокращению выбросов углерода. «До этого еще далеко», - сказал Вегенер. «Но мы продолжаем наше исследование. Одно мы знаем точно: нельзя недооценивать самых маленьких обитателей моря!"