Є шанс на створення універсальної вакцини проти грипу. Нове відкриття
Цей вид ціанозу, на відміну від жодного раніше відомого виду, мешкає в геотермальних джерелах Східного Паміру (Таджикистан). За словами його першовідкривачів, це може виявитися не тільки новою еволюційною лінією ціанобактерій, а й потенційним виробником біоактивних речовин. У журналі Molecular Phylogenetics and Evolution з’явилася стаття про новий організм, що містить результати попередніх досліджень його біології.
ДИВІТЬСЯ: Нове відкриття про рак. «Така поведінка ніколи раніше не спостерігалася»
Результати, описані у публікації, стосуються досліджень, проведених трьома різними командами. Одну очолювала д-р Івона Яссер, іншу – з Інституту біології навколишнього середовища біологічного факультету Варшавського університету, третю – проф. Спірос Гкеліс з Університету Салонік (Греція), четвертий – проф. Миколай Кокоцінський з Університету ім Адама Міцкевича в Познані.
Товстий шар зелено-коричневої «овчини»
– Нас усіх цікавило вивчення гарячих джерел, тому що ми думали, що в них можуть бути цікаві ціанобактерії. У моєму випадку все почалося з того, що, досліджуючи гори Східного Паміру, я випадково натрапив на незвичайне геотермальне джерело: на довжині майже 200 м воно було вкрите дуже товстим шаром зелено-коричневої «овчини», – розповідає доктор. Джассер. — Він виглядав приголомшливо. Ми вирішили, що неодмінно варто його уважно розглянути, адже це має бути щось незвичайне.
Фрагмент цього «пальта», який насправді був мікробним килимком, вчені привезли до Польщі. Вони дослідили його мікроскопічно та біохімічно, а також перевірили, які організми з нього можна виділити. Як вони підозрювали, ціанобактерії були виділені з килимка, а потім вирощені в лабораторії.
– Вирощування організмів у таких специфічних, екстремальних середовищах дуже складно, тому що ми не можемо забезпечити їм умови, в яких вони живуть у природі, навіть якщо ми подбаємо про достатньо високу температуру тощо. Кожна така культура, яка може здійснюватися – великий успіх. І цього разу нам це вдалося, – каже доктор Яссер.
ДИВІТЬСЯ: Ген, який захищає від важкої форми COVID-19. Відкриття британських вчених
Хоча морфологічно поодинокі особини не виглядали особливо цікавими чи унікальними, молекулярний аналіз (на основі ДНК) показав, що ціанобактерії, імпортовані з Таджикистану, дуже важко порівняти з будь-якою з існуючих таксономічних груп.
Незвичайний ціаноз – Hillbrichtia pamiria
– У минулому систематика ціанобактерій ґрунтувалася виключно на їхніх морфологічних особливостях, насамперед формі клітин, – пояснює автор публікації. – Ми розділили їх на ниткоподібні, сферичні, розгалужені ціанобактерії і навіть такі, що створюють складні, об’ємні структури з багатьох ниток. Пізніше виявилося, що в процесі еволюції, тобто протягом мільйонів років, ціанобактерії можуть по черзі втрачати і повертати свою багатоклітинність. Тому поділ за морфологічними ознаками виявився абсолютно неправильним. Сьогодні ми знаємо, що незважаючи на однаковий зовнішній вигляд, ціанобактерії можуть належати до дуже різних загонів. Тільки аналіз ДНК показує справжній зв’язок між цими організмами.
Так було з ціанозом, виявленим у горах Паміру. Молекулярні дослідження показали, що його не можна віднести до жодного раніше відомого виду ціанобактерій. Мало того – він виявився не схожим ні на один описаний тип!
Вчені швидко зрозуміли, що відкрили нову групу організмів. Вони назвали незвичайний ціаноз Hillbrichtia pamiria. Памірія – від місця, де її знайшли, Хілбріхтія – від імені покійного польського гідролога проф. Анна Хіллбріхт-Ільковська.
ДИВІТЬСЯ: Вірус Зіка може спричинити нову пандемію. Вчені: Досить невеликої мутації
– Ми назвали його на честь мого наставника-дослідника проф. Хілбріхт-Ільковська. Вона була відомим екологом і гідробіологом не лише в Польщі, а й у світі; протягом двох термінів вона була віце-президентом Societas Internationalis Limnologiae, найважливішої лімнознавчої організації у світі. Вона також була керівником моєї докторської дисертації і моїм великим авторитетом. Я хотів відзначити її як чудового вченого і чудову людину, – підкреслює доктор Яссер.
– Поки що ми досить скромно заявляли, що Хілбріхтія – це новий вид. Однак навіть на вищому рівні важко знайти відповідну групу для неї. Тому не виключено, що це може бути навіть новий порядок, – наголошує автор дослідження. «Щоб це дізнатися, вам потрібно буде знайти організми, подібні до неї». Тоді все стане зрозуміло.
Крім H. pamiria, в обговорюваній публікації описано два інших абсолютно нових види ціанобактерій та другий новий рід. Останній був знайдений у Греції командою проф. Гкеліс.
«Він має дуже великий потенціал адаптації»
– Щодо Хілбріхтії, то з першого погляду було видно, що це унікальний організм. Вона створила мікробні килимки, яких ми ще не бачили; він міг рости при дуже високих температурах, але – що цікаво – також при набагато нижчих температурах. У самому центрі термального водосховища, яке ми досліджували на Памірі, температура перевищувала 50 градусів, але за 200 метрів було лише 28 градусів. І ціаноз в обох цих місцях був дуже добре. Це означає, що він має велику адаптивність, каже науковець.
Як він пояснює, мікробні (або мікробіологічні) килимки — це багатошарові листи, що складаються з багатьох біоплівок, які перекривають одна одну. Ці біоплівки в основному утворюються ціанобактеріями, хоча в послідовних шарах можуть переважати різні інші мікроорганізми.
– Основою мату є ціанобактерії, тому що, по-перше, вони є первинними продуцентами, тобто фотосинтезують, дають органічний вуглець, будують субстрат для інших, по-друге, вони можуть створювати дуже великі колонії зі специфічною структурою, які стануть місцем для живуть для інших організмів, – каже доктор Джассер. – Крім ціанобактерій починають розвиватися інші фотосинтезуючі організми: деякі водорості, зелені водорості, діатомові водорості, а згодом і гетеротрофні організми: археї, анаеробні бактерії. Автотрофи також можуть розвиватися, але на цей раз анаеробні. В результаті в такому килимку є багато різних шарів, і організми, які їх складають, відіграють дуже різні ролі.
ДИВІТЬСЯ: США. У стічних водах знайдено ген MCR-9. Вчені говорять про ризик «глобальної загрози»
Мікробні килимки були одними з перших груп організмів, які жили на Землі. Вони вже існували близько 3-3,5 мільярдів років тому і тривалий час були єдиними і найважливішими екосистемами на нашій планеті. Вчені вважають, що саме завдяки їм була створена атмосфера Землі і більш складні клітини, тобто еукаріоти.
Ціаноз продукує дебромоаплазіотоксин
Також автори публікації порівняли ціанобактерії, виділені з килимків, привезених з кількох різних гарячих джерел: таджицька матка доктора Ясера, килимки команди проф. Кокоцінського (знайдено поблизу Унеюва) та два мати від групи проф. Гкелі: грецька та ісландська.
– Ми почали порівнювати екофізіологічні властивості виділених нами ціанобактерій; ми перевірили їх філогенетичну приналежність. Ми також хотіли дослідити, чи присутні в наших ціанобактеріях і які гени, що кодують тепловий шок білого кольору, — каже доктор Джассер. Він пояснює, що білки теплового шоку (Hsp) є специфічними сполуками, експресія яких посилюється в умовах стресу, наприклад, дуже низька або дуже висока температура, висока солоність і наявність важких металів. Той факт, що досліджувані ціанобактерії походять з гарячих джерел, наштовхнув вчених на думку, що в них є такі білки.
Припущення швидко підтвердилися. Крім того, було виявлено, що ціанобактерії з трьома генами, що кодують Hsp, найкраще працюють при високих температурах. Цікаво, що всі ці гени брали участь у виробленні токсинів одночасно. «Це підтвердило гіпотезу наукового співтовариства про те, що ці гени, пов’язані з токсинами, дозволяють мікроорганізмам пристосовуватися до суворого середовища», — підкреслює доктор Джассер.
Як токсини пов’язані з адаптацією до навколишнього середовища? Як пояснює дослідник, синтез цих токсинів відбувається екстрибосомно. Це означає, що на рибосомах синтезуються ферменти, які тільки потім будуть задіяні в синтезі інших білків. У цьому випадку ті самі гени, продукти яких будуть ключовими в шляхах біосинтезу токсинів, також беруть участь у шляхах, що ведуть до виробництва інших речовин, наприклад, пов’язаних з адаптацією до екстремальних умов навколишнього середовища. – Це ті самі поодинокі гени, але їх експресія може призвести до утворення різних продуктів, – пояснює біолог.
У ході дослідів виявилося, що Hillbrichtia pamiria виробляє ще одну, надзвичайно цікаву речовину. Це дебромоаплазіотоксин – речовина, яка, як відомо, викликає алергічні реакції, такі як сильний свербіж, і дослідження на мишах показали, що він також сприяє утворенню ракових пухлин та інших захворювань, які можуть навіть призвести до смерті тварин.
Він також може пригнічувати ріст ракових клітин
У той же час одна і та ж сполука — якщо її позбавити від певних елементів у лабораторії — має зовсім протилежний ефект: вона пригнічує ріст ракових клітин. – Це надзвичайно цікаве з’єднання, і ми підтвердили, що саме цей ціаноз виробляє його, – зазначив доктор Яссер. – Цікаво, що в природних умовах, тобто в циновці, привезеній з Паміру, її не вдалося знайти, а лише в лабораторній культурі.
– Безумовно, варто піддати Hillbrichtia ще більш детальному біохімічному та генетичному аналізу, щоб побачити, чи виробляє вона ще якісь цікаві біологічно активні сполуки, – додає дослідник.
