Ученые НИЦ «Курчатовский институт» и ФИЦ «Биотехнологии» РАН исследовали новый вид мезофильного нитчатого аноксигенного фототрофа – бактерии, которая проводит процесс фотосинтеза без выделения кислорода. Исследователи предложили назвать ее Candidatus Viridifilum namsaraevi в честь Баира Бадмабазаровича Намсараева – учёного, много лет изучавшего микробиологию сибирских термальных источников.
Открытие сопровождалось настоящей научной драмой. Еще в 2011 году из микробного сообщества «горячего» озера Умхей в Бурятии выделили живую монокультуру (штамм Um 2), изучили её физиологию и морфологию, определили маркерные последовательности ДНК и отправили их в GenBank (общедоступную базу данных, где собраны последовательности ДНК, РНК и закодированных в них белков). Однако в 2014 году живая культура погибла, и ученые лишились возможности работать с живыми клетками в лаборатории.
Утерянную культуру спасла метагеномика: секвенированные ранее маркерные фрагменты ДНК использовали как «отпечаток пальца» для поиска этого микроорганизма прямо в природном сообществе озера Умхей. Для «воскрешения» генома бактерии в Курчатовском геномном центре использовали сборку из метагеномных данных. Для этого из тысяч протяженных фрагментов ДНК биоинформатическими методами выделяются фрагменты, принадлежащие одному организму. Один из собранных «метагеномных образцов» совпал с геномом утерянной культуры. Так удалось восстановить геном утраченного организма без его повторного выделения в чистую культуру. Комплексный филогенетический анализ микроорганизма убедительно подтвердил его обособленность – это новый род мезофильного нитчатого аноксигенного фототрофа.
— Наша работа расширяет знания о подобных микроорганизмах и предоставляет новые геномные данные об их адаптации к жизни в щелочной среде с умеренной температурой. Мы показали, что сочетание классических методов выращивания микроорганизмов с современными возможностями метагеномики помогает эффективно изучать труднокультивируемые штаммы. Это особенно важно для исследования микробной «темной материи» – организмов, которые трудно или невозможно вырастить в лаборатории, – сообщил Степан Тощаков, начальник лаборатории «Геномная фабрика» Курчатовского геномного центра.
До сих пор полногеномные данные были доступны лишь для единичных представителей этой группы, хотя это один из древнейших фототрофов.
Изучение филогенеза, метаболизма и морфологии данной группы фототрофов поможет понять ранние этапы развития фотосинтеза и энергетических систем клетки. Кроме того, подобные организмы представляют большой интерес для биотехнологии благодаря уникальным ферментным системам и метаболическим путям.
Также эти бактерии участвуют в процессах, влияющих на баланс химических веществ в природе. Например, в определенных экосистемах они выступают главным барьером на пути распространения сероводорода в атмосферу. Поэтому изучение их роли в соленых и содовых водоемах, серных источниках поможет лучше понять функционирование этих экосистем.
Работа опубликована в журнале FEMS Microbiology Letters.
