Ученые выявили наличие в Белом море микроорганизмов, разлагающих полимеры
Исследование микробных сообществ донных отложений Кандалакшского залива Белого моря, которое выявило наличие в нем микроорганизмов, способных разлагать сложные полимерные вещества, провели ученые из МГУ и Института микробиологии им. С. Н. Виноградского НИЦ биотехнологии РАН, 2 августа сообщает пресс-служба университета.
Ученые выявили разделение микробных сообществ донных отложений на тех, которые способны использовать легко усваиваемые органические соединения, обычно находящиеся в верхних слоях отложений, и тех, кто живет в условиях недостатка кислорода — слои донных отложений на глубине 30–50 см.
Последняя группа содержала много микроорганизмов, которые из-за того, что состав микробных сообществ донных отложений в этом заливе оставался неисследованным, оказались неизвестными в лабораторных культурах и, вероятно, могли вырабатывать ценные для биотехнологии гидролитические ферменты.
В воде Кандалакшского залива Белого моря органическое вещество синтезируется фитопланктоном и макроводорослями, а кроме того, поступает с речными стоками с континента и частично усваивается разнообразной морской фауной.
При этом часть органического вещества попадает на дно залива, и там идет разложение органотрофными бактериями и археями сложных биомолекул, возвращающее биогенные элементы в их биогеохимические циклы. Эти микроорганизмы, таким образом, становятся важным звеном в поддержании равновесия морских экосистем.
Исследование микробных сообществ Кандалакшского залива включало определение состава микробных сообществ в разных точках залива и на разной глубине от поверхности отложений. Отбор проб для этих исследований был произведен в июне-июле 2022 года во время морских экспедиций на научных судах с помощью трехметрового гравитационного керна.
Были получены пробы донных отложений на глубинах 2, 10, 30 и 50 см ниже морского дна в количестве 55 образцов. Из каждого образца была выделена ДНК и проведена полимеразная цепная реакция (ПРЦ-тест) с праймерами (короткая одноцепочечная нуклеиновая кислота, используемая всеми живыми организмами для инициации синтеза ДНК), специфичными к вариабельным участкам гена 16S рибосомальной РНК (рРНК).
Еще в 80-е годы ХХ века этот ген был выбран в качестве маркера, указывающего место бактерии или археи в общей системе прокариот.
Нуклеотидные последовательности продуктов амплификации (увеличения числа копий отдельного участка ДНК с определенной нуклеотидной последовательностью), полученных из беломорских образцов, были определены путем секвенирования, и соответствующие им микроорганизмы были идентифицированы путем сравнения с базами данных.
В результате исследователи получили горизонтальные и вертикальные профили микробных сообществ донных отложений Белого моря, которые показали, что во всей толщине котловин, где скопилось большое количество органического вещества, и в верхних слоях донных отложений идет активное разложение легкодоступного органического вещества.
Основными доминирующими группами микроорганизмов в соответствующих образцах были бактерии рода Woesia, а также некультивируемые органотрофные бактерии семейства Sandaracinaceae и порядка Actinomarinales.
В нижних слоях донных отложений (30 и 50 см) возрастала доля микроорганизмов, потенциально участвующих в деградации сложных соединений — представителей семейства Hyphomicrobiaceae, родов Mycobacterium и Desulfatiglans, а также доля прокариот с неизвестным метаболизмом, таких как JS1, SG8-4, WCHB1-81, S085, распространенных в морских осадках по всему миру.
Заведующая кафедрой микробиологии биологического факультета МГУ Елизавета Бонч-Осмоловская рассказала о полученных результатах:
«Нам удалось выявить целевые группы микроорганизмов, обладающих гидролитическими ферментами, с помощью которых идет разложение сложных биополимеров, захороненных в анаэробных условиях. Это полимеры макроводорослей — агар и альгинат, полимер панцирей беспозвоночных животных — хитин, и попадающий на морское дно со стоками с суши лигнин».
Она пояснила, что, проведя метагеномный анализ этих сообществ, можно получить информацию о возможных способах культивирования выявленных неизвестных микроорганизмов, что обеспечит доступ к новым гидролитическим ферментам, которые очень важны для современной биотехнологии.
Подробные результаты исследования были представлены в статье «Стратификация сообществ прокариот в донных отложениях Белого моря», опубликованной в журнале Microbiology.
