Американские ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли открыли новый тип мобильных генетических элементов в археях — борги. Они содержат гены от разных организмов, которые дают метаболические преимущества. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Methanoperedens — это археи, то есть одноклеточные организмы, которые во многом похожи на бактерий. Этот род архей способен разлагать метан для поддержания своего метаболизма. Микроорганизмы, потребляющие метан, обитают в разнообразных экосистемах. Но ученые считают, что они менее распространены по сравнению с микроорганизмами, которые получают энергию через фотосинтез, потребление кислорода или брожение. В то же время микроорганизмы, потребляющие метан, сильно влияют на климат Земли, так как удаляют из ее атмосферы один из наиболее опасных парниковых газов. По оценкам исследователей, метан на треть ответственен за глобальное потепление.
Американские ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли исследуют взаимное влияние микроорганизмов на крупномасштабные экологические процессы. Для этого исследователи отбирают образцы из различных сред, изучают геномы микроорганизмов, определяют, какие интересные гены они используют для выживания. Также биологи пытаются понять, как использование этих генов может повлиять на глобальные циклы углерода, азота и серы. Особое внимание ученые уделяют внехромосомной ДНК, которая используется для горизонтального переноса генов между бактериями, археями и вирусами. Изучая образцы архей р. Methanoperedens, отобранные из почвы заболоченных участков в Калифорнии, биологи нашли новый тип внехромосомной ДНК. Наиболее известный тип — плазмиды, которые представляют собой кольцевую ДНК. Однако новая разновидность является длинными линейными последовательностями ДНК. Они могут составлять до трети генома р. Methanoperedens. Проанализировав дополнительные образцы, отобранные из почв, водоносных пород и русел рек в Калифорнии и Колорадо, ученые нашли всего 19 новых представителей внехромосомной ДНК. Новую разновидность назвали боргами — в честь вымышленной расы из «Звездного пути». Борги в р. Methanoperedens содержат последовательности, кодирующие все необходимые молекулярные инструменты для поглощения метана.
Исследователи предполагают, что борги являются остатками ДНК других микроорганизмов, поглощенных археями р. Methanoperedens. Похожим образом растительные клетки приобрели хлоропласты, которые представляют собой поглощенный когда-то свободноживущий фотосинтезирующий микроорганизм. Борги же, судя по всему, содержат фрагменты геномов разных организмов. Что интересно, исследователи обнаруживали клетки р. Methanoperedens, которые совсем не содержали боргов или имели даже несколько типов боргов сразу. Борги могут иметь последовательности, кодирующие метаболические, мембранные и внеклеточные белки, которые связаны с выработкой энергии. В то же время борги содержат и неизвестные гены, влияние которых на микроорганизм пока остается непонятным. Пока что исследователи считают, что борги являются «хранилищем» метаболических генов, которые включаются только при необходимости. Например, при повышении уровня метана в среде археи с боргами могут получить преимущество перед другими микроорганизмами, которые метаболизируют метан.
Ученые уже начали проекты, которые позволят лучше понять влияние боргов на биологические и геологические процессы. Некоторые исследователи изучают генетический материал других микроорганизмов, чтобы найти новые роды, обладающие боргами. Другие биологи отправляются в полевые экспедиции, чтобы выяснить, как сезонные изменения климатических условий могут влиять на борги. Как считают ученые, в будущем, когда роль боргов будет достаточно исследована, их можно будет использовать для микробиологического удаления метана из атмосферы, что поможет в борьбе с глобальным потеплением.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
