Этот вид цианоза, в отличие от ни одного ранее известного вида, обитает в геотермальных источниках Восточного Памира (Таджикистан). По его первооткрывателям, это может оказаться не только новой эволюционной линией цианобактерий, но и потенциальным производителем биоактивных веществ. В журнале Molecular Phylogenetics and Evolution появилась статья о новом организме, содержащая результаты предварительных исследований его биологии.
СМОТРИТЕ: Новое открытие о раке. «Такое поведение никогда раньше не наблюдалось»
Результаты, описанные в публикации, касаются исследований, проведенных тремя разными командами. Одну возглавляла д-р Ивона Яссер, другую – из Института биологии окружающей среды биологического факультета Варшавского университета, третью – проф. Спирос Гкелис из Университета Салоник (Греция), четвертый – проф. Николай Кокоцинский из Университета им Адама Мицкевича в Познани.
Толстый слой зелено-коричневой «овчины»
– Нас всех интересовало изучение горячих источников, потому что мы думали, что у них могут быть интересные цианобактерии. В моем случае все началось с того, что, исследуя горы Восточного Памира, я случайно наткнулся на необычный геотермальный источник: на длине почти 200 м он был покрыт очень толстым слоем зелено-коричневой «овчины», – рассказывает доктор. Джассер. – Он выглядел потрясающе. Мы решили, что обязательно следует его внимательно рассмотреть, ведь это должно быть что-то необычное.
Фрагмент этого пальто, который на самом деле был микробным ковриком, ученые привезли в Польшу. Они исследовали микроскопически и биохимически, а также проверили, какие организмы из него можно выделить. Как они подозревали, цианобактерии были выделены из коврика, а затем выращены в лаборатории.
– Выращивание организмов в таких специфических, экстремальных средах очень сложно, потому что мы не можем обеспечить им условия, в которых они живут в природе, даже если мы позаботимся о достаточно высокой температуре и т.д. Каждая такая культура, которая может осуществляться, – большой успех. И в этот раз нам это удалось, – говорит доктор Яссер.
СМОТРИТЕ: Ген, защищающий от тяжелой формы COVID-19. Открытие британских ученых
Хотя морфологически единичные особи не выглядели особенно интересными или уникальными, молекулярный анализ (на основе ДНК) показал, что цианобактерии, импортируемые из Таджикистана, очень трудно сравнить с любой из существующих таксономических групп.
Необычный цианоз – Hillbrichtia pamiria
– В прошлом систематика цианобактерий основывалась исключительно на их морфологических особенностях, прежде всего в форме клеток, – объясняет автор публикации. – Мы разделили их на нитевидные, сферические, разветвленные цианобактерии и даже создающие сложные, объемные структуры из многих нитей. Позже оказалось, что в процессе эволюции, то есть в течение миллионов лет, цианобактерии могут поочередно терять и возвращать свою многоклеточность. Поэтому разделение по морфологическим признакам оказалось совершенно неправильным. Сегодня мы знаем, что, несмотря на одинаковый внешний вид, цианобактерии могут принадлежать к очень разным отрядам. Только анализ ДНК показывает подлинную связь между этими организмами.
Так было с цианозом, обнаруженным в горах Памира. Молекулярные исследования показали, что его нельзя отнести ни к какому ранее известному виду цианобактерий. Мало того – он оказался не похож ни на один описанный тип!
Ученые быстро поняли, что открыли новую группу организмов. Они назвали необычный цианоз Hillbrichtia pamiria. Памирия – от места, где ее нашли, Хилбрихтия – от имени покойного польского гидролога проф. Анна Хиллбрихт-Ильковская.
СМОТРИТЕ: Вирус Зика может повлечь за собой новую пандемию. Ученые: Достаточно небольшой мутации
– Мы назвали его в честь моего наставника-исследователя проф. Хилбрихт-Ильковская. Она была известным экологом и гидробиологом не только в Польше, но и в мире; В течение двух сроков она была вице-президентом Societas Internationalis Limnologiae, важнейшей лимноведческой организации в мире. Она также являлась руководителем моей докторской диссертации и моим большим авторитетом. Я хотел отметить ее как замечательного ученого и замечательного человека, – подчеркивает доктор Яссер.
– Пока мы достаточно скромно заявляли, что Хилбрихтия – это новый вид. Однако даже на высшем уровне трудно найти подходящую группу для нее. Поэтому не исключено, что это может быть даже новый порядок, – отмечает автор исследования. «Чтобы это узнать, вам нужно будет найти организмы, подобные ей». Тогда все станет ясно.
Кроме H. pamiria, в обсуждаемой публикации описаны два других совершенно новых вида цианобактерии и второй новый род. Последний был найден в Греции командой проф. Гкелис.
«Он обладает очень большим потенциалом адаптации»
– Что касается Хилбрихтии, то с первого взгляда было видно, что это уникальный организм. Она создала микробные коврики, которых мы еще не видели; он мог расти при очень высоких температурах, но – что интересно – также при гораздо более низких температурах. В самом центре термального водохранилища, которое мы исследовали на Памире, температура превышала 50 градусов, но в 200 метрах было всего 28 градусов. И цианоз в обоих местах был очень хорошо. Это означает, что у него большая адаптивность, говорит ученый.
Как он объясняет, микробные (или микробиологические) коврики – это многослойные листы, состоящие из многих биопленок, перекрывающих друг друга. Эти биопленки в основном образуются цианобактериями, хотя в последовательных слоях могут преобладать разные другие микроорганизмы.
– Основой мата являются цианобактерии, потому что, во-первых, они являются первичными продуцентами, то есть фотосинтезируют, дают органический углерод, строят субстрат для других, во-вторых, они могут создавать очень большие колонии со специфической структурой, которые станут местом для живущих других организмов, – говорит доктор Джассер. – Кроме цианобактерий начинают развиваться другие фотосинтезирующие организмы: некоторые водоросли, зеленые водоросли, диатомовые водоросли, а затем и гетеротрофные организмы: археи, анаэробные бактерии. Автотрофы также могут развиваться, но в этот раз анаэробные. В результате в таком коврике есть много разных слоев, и составляющие их организмы играют очень разные роли.
СМОТРИТЕ: США. В сточных водах обнаружен ген MCR-9. Ученые говорят о риске «глобальной угрозы»
Микробные коврики были одними из первых групп живших на Земле организмов. Они уже существовали около 3-3,5 миллиарда лет назад и долгое время были единственными и важнейшими экосистемами на нашей планете. Ученые полагают, что именно благодаря им была создана атмосфера Земли и более сложные клетки, то есть эукариоты.
Цианоз продуцирует дебромоаплазиотоксин
Также авторы публикации сравнили цианобактерии, выделенные из ковриков, привезенных из нескольких горячих источников: таджикская матка доктора Ясера, коврики команды проф. Кокоцинского (найдено вблизи Унеюва) и два мать от группы проф. Гкели: греческий и исландский.
– мы начали сравнивать экофизиологические свойства выделенных нами цианобактерий; мы проверили их филогенетическую принадлежность. Мы также хотели исследовать, присутствуют ли в наших цианобактериях и какие гены, кодирующие тепловой шок белого цвета, говорит доктор Джассер. Он объясняет, что белки теплового шока (Hsp) являются специфическими соединениями, экспрессия которых усиливается в условиях стресса, например очень низкая или очень высокая температура, высокая соленость и наличие тяжелых металлов. Тот факт, что исследуемые цианобактерии происходят из горячих источников, натолкнул ученых на мысль, что у них есть такие белки.
Предположения быстро подтвердились. Кроме того, было обнаружено, что цианобактерии с тремя кодирующими генами Hsp лучше всего работают при высоких температурах. Интересно, что все эти гены участвовали в выработке токсинов одновременно. “Это подтвердило гипотезу научного сообщества о том, что эти гены, связанные с токсинами, позволяют микроорганизмам приспосабливаться к суровой среде”, – подчеркивает доктор Джассер.
Как токсины связаны с адаптацией к окружающей среде? Как объясняет исследователь, синтез этих токсинов происходит экстрибосомно. Это означает, что на рибосомах синтезируются ферменты, которые потом будут задействованы в синтезе других белков. В этом случае те же гены, продукты которых будут ключевыми в путях биосинтеза токсинов, также участвуют в путях, ведущих к производству других веществ, например, связанных с адаптацией к экстремальным условиям окружающей среды. – Это те же единичные гены, но их экспрессия может привести к образованию различных продуктов, – объясняет биолог.
В ходе опытов оказалось, что Hillbrichtia pamiria производит еще одно, очень интересное вещество. Это дебромоаплазиотоксин – вещество, которое, как известно, вызывает аллергические реакции, такие как сильный зуд, и исследования на мышах показали, что он способствует образованию раковых опухолей и других заболеваний, которые могут даже привести к смерти животных.
Он также может подавлять рост раковых клеток.
В то же время одно и то же соединение – если его избавить от определенных элементов в лаборатории – имеет совершенно противоположный эффект: оно подавляет рост раковых клеток. – Это очень интересное соединение, и мы подтвердили, что именно этот цианоз производит его, – отметил доктор Яссер. – Интересно, что в естественных условиях, то есть в циновке, привезенной из Памира, ее не удалось найти, а только в лабораторной культуре.
– Безусловно, следует подвергнуть Hillbrichtia еще более детальному биохимическому и генетическому анализу, чтобы увидеть, производит ли она еще какие-нибудь интересные биологически активные соединения, – добавляет исследователь.
