Отложения, лежащие в основе Мирового океана, содержат множество разнообразных микробных сообществ. Выживание многих организмов в этой холодной бескислородной среде зависит от органических веществ.
Действительно, морские отложения представляют собой крупнейший резервуар органического углерода на Земле, и понимание динамики его повторного использования жизненно важно для надежной оценки воздействия глобального потепления. Большая часть фиксированного углерода, обнаруженного в отложениях, состоит из детритных белков и углеводов. Однако мало что известно о микробных группах, ответственных за разложение углеродных соединений в полу. Чтобы восполнить этот пробел в наших знаниях, Уильям Орси, профессор геомикробиологии факультета наук о Земле и окружающей среде в Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене, решил охарактеризовать эти группы, проанализировав на генетическом уровне ферменты, которые они выделяют в окружающую среду.
Результаты исследования опубликованы в Интернете в журнале Nature Microbiology.Микроорганизмы используют внеклеточные ферменты, чтобы катализировать химическое разложение органических углеродсодержащих веществ в окружающей среде. Образующиеся в результате продукты распада поглощаются специализированными транспортными белками и служат источниками энергии и строительными блоками для роста клеток.
Все ферменты, предназначенные для экспорта из клеток, содержат короткую определенную последовательность аминокислот, которая служит идентификационной меткой, которая распознается секреторным аппаратом, что позволяет им получить доступ к внешней части клетки. Фрагменты РНК окружающей среды, извлеченные из отложений, могут быть амплифицированы и проанализированы в лаборатории, что позволяет использовать последовательности этих тегов, которые кодируют информацию для производства самих ферментов. «Используя новый биоинформатический метод, мы провели поиск эволюционно законсервированных и, следовательно, функционально важных мотивов аминокислотных последовательностей в этих последовательностях распознавания. Таким образом, мы впервые смогли не только использовать генетические данные для определения ферментов. функции, но также и для конкретной идентификации тех ферментов, которые секретируются клетками, живущими в этих отложениях », — объясняет Орси.Орси и его коллеги использовали данные о последовательностях, которые были получены в ходе более раннего исследования РНК окружающей среды, извлеченной из глубоководной буровой площадки у побережья Перу.
Новые результаты показывают, что бактерии, археи и грибы, захороненные в донных отложениях на морском дне, производят и выделяют уникальное созвездие ферментов. Эти катализаторы способны разрушать биомолекулы, связанные с осадочными отложениями, такие как углеводы, липиды и белки, но они также могут поглощать питательные вещества из мертвых клеток. «Многие из ферментов, синтезируемых и секретируемых грибковыми клетками, специфически атакуют клеточные стенки архей, в то время как многие внеклеточные ферменты, выделяемые бактериями, могут разрушать клеточные стенки грибов», — говорит Орси. «Другими словами, разные классы микробов, по-видимому, пожирают« туши »друг друга».
Предположительно, микроорганизмы используют эту «некромассу» как источник углерода и энергии, что позволяет им выживать в этой враждебной бескислородной зоне, находящейся далеко за пределами досягаемости. солнечного света. — Самые старые отложения, обнаруженные в буровом керне, были извлечены с глубины 159 метров ниже морского дна, и им 2,8 миллиона лет.Теперь исследователи хотят знать, сколько углерода перерабатывается различными группами организмов, чтобы оценить их индивидуальный вклад в глобальный углеродный цикл. «Наши данные затем могут быть включены в биогеохимические модели, что повысит предсказательную силу таких моделей», — говорит Орси.