Mikrob koji živi sam po sebi je pronađen u dubinama zemlje. • Aleksandar Markov • Znanstvena vijest o "Elementama" • Genetika, Zemljopis, Kemija

Mikrob je pronađen u dubinama zemlje, živeći sam po sebi.

bakterija Desulforudis audaxviator pod skeniranim elektronskim mikroskopom. Jedna duga bacila bakterija je vidljiva na pozadini malih mineralnih čestica. Fotografija iz dodatnih materijala na članak u kojem se raspravlja u znanost

U Južnoj Africi, na dubini od 2,8 km podzemlja, otkriven je jedinstveni ekosustav, čija je cjelokupna populacija predstavljena jednim tipom bakterija. Microbe, zvani Desulforudis audaxviator, živi sam u vrućoj podzemnoj vodi zasićenim sulfatima, a on sam proizvodi sve tvari koje mu treba za život od anorganskih spojeva.

Elementi su već govorili o nevjerojatnim mikrobnim zajednicama koje se nalaze pod zemljom na dubini od preko 2 km u Južnoj Africi (pogledati stanovnici unutrašnjosti zemlje ne trebaju sunčevu svjetlost, Elements, 10.23.2006). Sve podzemne (a ne samo podzemne) mikrobne zajednice koje su do sada pronađene ne uključuju jedan, već mnoge vrste mikroorganizama, koji obično formiraju simbiotičke komplekse, tj. Pomažu jedni drugima, dijele međusobno biokemijske funkcije.

Najmonomodnija zajednica, u kojoj je više od 88% mikroba pripadalo istoj vrsti, pronađeno je na dubini od 2,8 km u rudniku zlata Mponeng, kako je opisano u gore spomenutoj bilješci.Ova dominantna mikrobna vrsta je reducer sulfata, tj. Ekstrahira energiju potrebnu za život izvršavanjem kemijske reakcije redukcije sulfata (SO42-).

Nastavljajući studiju podzemne biosfere, istraživači iz Sjedinjenih Država, Tajvana i Kanade izlučivali su DNK sa 2.600 litara vode proizvedene u istom rudniku i na istoj dubini, ali iz različitih izvora. Na veliko iznenađenje znanstvenika, u uzorku je otkriven genetski materijal samo jednog tipa mikroba. Analize su provedene vrlo pažljivo, a rezultat je potvrdio nekoliko neovisnih metoda. Bilo je potrebno utvrditi neočekivanu i iznenađujuću činjenicu: otkriven je podzemni ekosustav, čija je cjelokupna populacija zastupljena samo jednim tipom mikroba. Ako postoje drugi mikroorganizmi, njihov udio, prema dobivenim rezultatima, ne prelazi 0,1%. To znači da se dominantna vrsta mikroba mora pružiti svemu što je potrebno bez ikakve pomoći od drugih organizama. Takva nezavisnost i samodostatnost među živim bićima vrlo je rijetka, a mikrobiološke zajednice koje se sastoje od samo jedne vrste nisu uopće bile poznate.

Što je taj mikrob koji sama živi u vodama od 60 stupnjeva na dubini od 2,8 km? Ispalo je da je "staro poznanstvo", a time i reducator sulfata koji dominira uzorcima iz rudnika Mponeng, koji je prethodno proučen. Do sada je, međutim, malo poznato o tom mikrobi (čak mu nije bilo ni jedno ime), a tek je sada postalo moguće temeljitije proučiti. Činjenica je da je gotovo nemoguće uzgajati takve mikrobe u laboratoriju, a moguće je samo njihovu biokemiju, strukturu i način života procijeniti na temelju DNA analize. Međutim, ako su u uzorku prisutni genomi mnogih mikroorganizama, onda je tehnički vrlo teško razumjeti koji od njih pripada jednom ili drugom dijelu DNA.

Stoga su u većini slučajeva istraživači ograničeni na analizu nekih od "indikativnih" gena, prvenstveno 16S-rRNA gena. Iz ovih gena može se točno odrediti koliko mikroorganizama i mikroba postoje u uzorku. Ako postoji znanstveni mikrob, znanost, onda svojim 16S-rRNA genom, moguće je odrediti koji je od poznatih mikroba najbliži rođak, a već se iz tih zaključaka izvlači njegova biokemija i način života.Na taj je način prethodno utvrđeno da je bakterija u pitanju agens redukcije sulfata, a najbliži rođak poznatih mikroorganizama je bakterija koja reducira sulfat. Desulfotomaculum.

Druga stvar je da u uzorku postoji samo jedan mikrob – u ovom slučaju, suvremene tehnologije omogućuju da se cijeli genom relativno brzo i jeftino skupljaju. To je upravo ono što su istraživači učinili s jedinstvenom bakterijom. Uz potpuni nukleotidni slijed genoma u našim rukama, puno se može reći o mikrobi.

Za početak, podzemna bakterija je dobila ime – to je bio pozvan Desulforudis audaxviator, U dodatnim materijalima za članak, autori objašnjavaju značenje određenog imena. "Audax viator" je riječ iz tajanstvene latinske fraze koja je pokazala junaku priče Julesa Vernea putom do središta Zemlje. U prijevodu znači "hrabri lutalica". Pa, ime je sasvim prikladno. Prema istraživačima, mikrob je hrabro putovao u crijeva Zemlje i prilagoden da živi u potpunoj samoći barem 20 milijuna godina.

Veličina genoma D. audaxviator – 2,35 milijuna parova baza. Ovo je normalna veličina genoma za slobodne žive bakterije.Genom sadrži 2157 gene koji kodiraju proteine. Genetski polimorfizam u populaciji podzemnih mikroba bio je vrlo nizak (od 2,35 milijuna nukleotida, samo 32 variraju). To sugerira da je stanovništvo nedavno prošlo kroz usko grlo (razdoblje vrlo niske izobilje) ili je podvrgnuto snažnom pritisku selekcije.

Budući da sam "hrabar lutaka" obavlja sve funkcije koje bi živa bića trebala obavljati u ekosustavu, autori su očekivali da njegov genom treba sadržavati potpuni skup alata za održavanje života u ekstremnim uvjetima, uključujući biokemijske mehanizme za energiju, dušik i fiksaciju ugljika te sintezu svih potrebnih tvari. Tako se ispostavilo. U genomu D. audaxviator Otkriveni su sljedeći "radni alati":

  • kompletan skup gena za redukciju sulfata, a neki od tih gena posudili su bakterija iz archaea mikroba, koji s pravom smatraju najboljim stručnjacima za preživljavanje u ekstremnim uvjetima;
  • skupini hidrogenaza – enzima koji omogućuju uporabu molekularnog vodika (koji koriste mnogi anaerobni mikrobovi kao elektronski donor u redoks reakcijama);
  • skup prijenosnih proteina za prijenos gotovih organskih spojeva – šećera i aminokiselina – iz vanjskog okoliša u stanicu (to znači da se bakterija može ponašati ne samo kao autotrof, tj. za sintetiziranje organske tvari iz anorganskih spojeva, već i kao heterotrof, tj. organska tvar, ako se iznenada pojavljuje u okolišu. Očito, tamo gdje živi D. audaxviator, jedini izvor gotovih organskih tvari može biti mrtav, propadajuće stanice iste bakterije. Ovo nije život "hrabrog lutalice" za raspršivanje takvih vrijednih resursa. Usput, procjenjuje se da bakterije koje žive u takvim uvjetima zbog akutne manjka resursa trebaju rasti i reproducirati nevjerojatno sporo. Znanstvenici ne isključuju da između dva dijela stanica tih mikroba može potrajati stotine ili čak tisuće godina);
  • proteina za autotrofični metabolizam, omogućujući upotrebu ugljičnog dioksida kao izvora ugljika (CO2), ugljični monoksid (CO) i format (HCOO);
  • kompletan skup enzima za sintezu svih 20 aminokiselina;
  • geni koji su potrebni za stvaranje spore s gustom školjkom (ovo, očito, omogućuje "lutalicu" da prođe kroz razdobljakada uvjeti postaju vrlo nepodnošljivi);
  • geni za stvaranje flagele, s kojim mikroba može plivati ​​gdje god to želi;
  • geni raznih receptora i signalnih sustava, tj. ono što zamjenjuje osjetilne organe i živčani sustav s mikroorganizmima (očigledno, "lutalica" osjetila gdje je koncentracija oskudnih supstanci veća i pluta);
  • proteini za transport amonijaka (NH4+) iz vanjskog okruženja. U ispitivanim uzorcima, koncentracija amonijaka je dovoljno visoka da u potpunosti osigura mikrobove s dušikom, ali, očigledno, to nije uvijek slučaj. stoga D. audaxviator ima u svom arsenalu dušinu, enzim koji dopušta fiksaciju dušika, tj. pretvara molekularni dušik u dušične spojeve koji se mogu probavljivati ​​za životnu stanicu (prvenstveno u istom amonijaku). Nitrogenaza, kao i mnogi drugi proteini, posudio je "lutalica" iz archaea kroz horizontalnu genetsku razmjenu.

Tako je organiziran podzemni ekosustav sa jedinom živućem članicom – bakterijom. Desulforudis audaxviator, Sam bakterija, zajedno s njegovim metabolizmom, prikazana je u gornjem dijelu dijagrama kao velika ovalna.Može se vidjeti da radioaktivno raspadanje urana igra važnu ulogu u funkcioniranju ekosustava (prikazano "munjeSlika iz raspravljanog članka uznanost

Znanstvenici pronađeni u genomu D. audaxviator mnogih drugih gena arhaičnog podrijetla. Većina ih je povezana s prilagodbom životu u ekstremnim uvjetima. "Vračar" posudio od Arheana i neke gene za zaštitu od virusa (ispada da ne možete sakriti od njih čak ni pod zemljom). Očigledno, on ne bi mogao postati tako neovisan i samodostatan ako prethodno nije bio jako približan drugim mikroorganizmima i ne bi im dao neke korisne gene.

Što se tiče genoma, "lutalica" može živjeti na temperaturama višim od onih u kojima je pronađen.

Ali ono što "lutalica" uopće nema, čak ni u rudimentarnom obliku, su bjelančevine koje omogućuju iskorištavanje kisika ili barem štite od njegovog toksičnog djelovanja. To znači da se "lutalica" nije dugo trebala nositi s kisikom.

Glavni teorijski zaključak autora iz proučavanja "hrabrog lutalice" je da se čitava biološka komponenta jednostavnog ekosustava, kako se ispostavilo, može kodirati u jednom genomu.

izvor: Chivian D. i sur.Genomika okoliša otkriva jednoslojni ekosustav duboko unutar Zemlje // znanost, 2008. V. 322. P. 275-278.

Aleksandar Markov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: