Устраивают хозяевам лизис: антарктические микробы оказались агрессивными хищниками

В Антарктиде есть небольшое озеро Дип-Лейк (Глубокое озеро). Оно такое солёное, что не замерзает даже зимой при -20 °C. В чрезвычайно холодной среде удивительного водоёма умудряются процветать археи, особенные и малоизученные одноклеточные микроорганизмы. Учёные из нескольких стран наконец-то поняли, как растут и выживают эти древние формы жизни.


Среди всего живого на планете наиболее заметны эукариоты, к ним относятся животные (включая людей), растения, водоросли, грибы и простейшие. Принципиальное их отличие — присутствие в клетках ядерной ДНК, то есть заключённого в хромосомах генетического материала. Остальные две линии жизни — это прокариоты, или доядерные, то есть одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариотов) оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органеллами.

Прокариоты делятся на бактерий и архей (в единственном числе — архея). Если бактерии частенько бывают на слуху, то археи — это третий особый тип организмов, и они не столь известны. Но и они играют важную роль в поддержании экосистем Земли, подчеркнула микробиолог Янь Ляо.

Новое исследование на эту тему австралийка Ляо провела с коллегой из Нидерландов Джошуа Хаммом, впервые сообщив миру, что ряд архей ведут себя, подобно паразитическим хищникам.

Янь Ляо отметила, что археи менее изучены и понятны, чем другие линии живого. Однако они дают ключ к пониманию эволюции жизни на Земле, а также того, как некая жизнь вообще может обустроиться на других планетах. Особенная биохимия архей также сулит много интересного в практическом смысле для биотехнологий.

Археи как таковые процветают и в кислых горячих, и в глубоководных гидротермальных источниках с температурой выше 100 °C, и в насыщенных солью водах Мёртвого моря, а также в Антарктиде, продолжила Ляо.

Археи, которым посвятили исследование, попали в лабораторию из холодного и чрезвычайно солёного Глубокого озера в Антарктиде благодаря Рикардо Кавиччиоли, профессору из Университета Нового Южного Уэльса, первоначально руководившему научным проектом. Кроме того, для полноты картины Янь Ляо и Иэн Даггин также побывали на австралийских розовых солёных озерах для сбора тамошних архей.

Среди архей есть группа, называемая DPANN, и они намного меньше своих сородичей. Аббревиатура объединяет пять типов: Diapherotrites, Parvarchaeota, Aenigmarchaeota, Nanoarchaeota и Nanohaloarchaeota. Отличаются DPANN весьма куцыми геномами и скудным обменом веществ. Исследование показало, что их выживание зависит от микробов-хозяев, особенно от других архей. Ну, как хозяев: относительно паразитических отношений хозяевами именуют парадоксальным образом тех, кем питаются.

Такое агрессивное поведение среди архей наблюдается впервые, подчеркнул Джошуа Хамм. Во многом их активность аналогична действиям некоторых вирусов. Сделанное открытие заставляет учёных иначе взглянуть на роль микроскопических хищников в окружающей среде у южного полюса земного шара.

В лабораториях ранее не особенно удавалось рассматривать архей из числа DPANN. И тогда Ляо с коллегами разработали способы окрашивания образцов для более успешной флуоресцентной и электронной микроскопии. И всё это ради визуализации внутренних частей клеток-хозяев и отслеживания взаимодействий между археями DPANN и их жертвами.

Доктор Ляо выделяла нетоксичными красителями хозяина вида Halorubrum lacusprofundi и Candidatus Nanohaloarchaeum antarcticus, паразитического представителя DPANN, так что микробы в лучах лазера светились по-разному.

Такая научная уловка позволила микробиологам наблюдать организмы подолгу и различать клетки по цвету. Исследователи увидели, как паразиты DPANN приближаются вплотную и проникают в клетку-хозяина, приводя к лизису (разрушению) последнего.

Даггин сказал, что хищники как таковые — это важные участники экосистем, потому что, губя других, они не только питаются сами, но и делают объедки доступными для прочих существ. Применительно к микромиру явление позволяет расти другим микробам, так как не даёт чрезмерно «жировать» клеткам-хозяевам.

Исследованные археи DPANN, по-видимому, играют гораздо более важную роль в экосистемах, чем предполагалось. Паразитический или инфекционный образ жизни этих архей, таким образом, — явление вполне обычное, хотя до недавних пор и неизвестное.

Ляо сказала, что в дальнейшем будет исследовать архей в биомедицинских и биотехнологических целях. Хотя до сих пор не было установлено, что археи способны вызывать болезни, они всё же влияют на самочувствие. Так, археи влияют на выбросы метана домашним скотом. В общем, более глубокие познания об этой линии жизни уж точно не будут лишними для экологии.