Ученые создали первый крупный каталог генов микробов в водах Амазонки – 25.02.2021 – Наука

Бразильские исследователи организовали особый вид рыбной ловли на большей части бассейна реки Амазонки. Вместо того, чтобы пытаться связать тукунаре и тамбаки крючком, их целью были бесчисленные виды водных микроорганизмов, которые «съедают» почти миллиард тонн органических веществ в регионе каждый год.

Результатом «рыболовной» экспедиции стал первый крупный каталог генов микробов в водах Амазонки, висящих на территории, простирающейся от холмов Солимойнс на западе до участков Атлантического океана в устье Амазонки, где органические разлита материя самой большой реки в мире (всего их протяженность более 2000 км). Гора данных, полученных в результате этой работы, может вдохновить на биотехнологические инновации и должна помочь понять важные аспекты функционирования экосистем Амазонки.

«Работы достаточно, чтобы продолжить до следующего воплощения», – шутит Флавио Энрике Силва, профессор кафедры генетики и эволюции UFSCar (Федеральный университет Сан-Карлоса). Вместе с коллегами из других учреждений в Бразилии и Испании Сильва является автором статьи с описанием результатов в научном журнале Microbiome.

По сути, работа команды была попыткой метагеномики, поскольку известна область исследований, направленных на получение новых данных ДНК от нескольких видов, в основном микробных, путем изучения всей партии генетического материала, который может быть извлечен. Образцы окружающей среды , например, почва, коралловый риф, озера или реки.

Метагеномика особенно полезна, когда виды, живущие в таких средах, еще не известны или когда их трудно воспроизвести в лабораторных культурах (это имеет место в случае подавляющего большинства микроорганизмов). Основываясь на необработанной последовательности «букв» ДНК, присутствующих в образцах, часто можно иметь хотя бы общее представление о типе организма, которому принадлежит этот генетический материал, и о биохимических функциях, которые он выполняет.

Эта информация может быть получена путем сравнения новых данных с уже известными библиотеками ДНК. Но, конечно, мы все еще очень мало знаем о многих земных микробах, и выводы команды подтверждают это. По оценкам исследователей, их образцы содержат около 4 миллионов генов (то есть сегментов ДНК, содержащих рецепт для создания белков), но почти половина из них не имеет существенного сходства с уже известными генами.

Кроме того, сравнение с другими метагеномными исследованиями, которые также проводились в речных экосистемах (в реках Канады и Миссисипи, крупнейшем водотоке в Соединенных Штатах и ​​Северной Америке), показало, что сообщество микроорганизмов бассейна Амазонки сильно отличается от другие. .

В любом случае, менее загадочные гены, которые имеют некоторое сходство с другими, уже изученными, помогли исследователям получить довольно четкое представление о том, как микробы справляются с огромным количеством органического вещества в реках региона. Из 6 516 генов, которые кажутся связанными с этим процессом, более 2 000 участвуют в «расщеплении» молекул лигнина, необходимых для укрепления клеточной стенки растений, особенно древесины и коры деревьев. Другой важной молекулой этих структур является целлюлоза, известная как сырье для бумаги.

«Разложение органического вещества, которое происходит в случае Амазонки, очень эффективно. Это важно, потому что сначала разложение лигнина заканчивается образованием ароматических молекул. [formadas por anéis de átomos de carbono], и эти продукты реакции препятствуют действию других веществ, разлагающих целлюлозу в растительных остатках », – объясняет исследователь UFSCar. «Первоначальная эффективность бактериального разложения лигнина сводит к минимуму этот процесс, а также улучшает функционирование последующего процесса».

Фактически, все указывает на то, что существует какое-то сотрудничество – конечно, не намеренное – между разными типами микроорганизмов и разными частями канала Амазонки. В образцах, полученных выше по потоку, дальше от рта, преобладают гены, связанные с деградацией лигнина, начальной фазой разложения органического вещества, в то время как гены, разлагающие целлюлозу, следующий этап процесса, чаще всего обнаруживаются ниже по потоку.

Более подробная информация о том, как микробы используют свою библиотеку генов для «расщепления» органических веществ, может помочь, например, оптимизировать процессы производства этанола второго поколения – из «твердых» частей растений, а не только из тростникового сахара. Они также могут помочь создать пластиковые эквиваленты из живого сырья, заменив использование нефтепродуктов. «Это чудовищное море возможностей», – резюмирует Сильва.

Back to top button