Учёные из Томского государственного университета и Пущинского института биохимии и физиологи микроорганизмов имени Г.К. Скрябина РАН описали новый вид микроорганизмов – архей, найденных в пробах воды из скважины у поселка Парабель на севере Томской области. Микроорганизм, живущий на глубине почти три километра без света и кислорода в горячей воде, активно производит метан – один из самых активных парниковых газов. Результаты исследований, выполненных при поддержке РНФ (24-14-00396), опубликованы в журнале Frontiers in Microbiology (Q1).
– Первые данные об архее были получены с помощью метагеномного анализа, который показал, что четверть микробного сообщества (25,54%) в этой воде приходится на архей рода Methanothermobacter, – рассказывает руководитель проекта, заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологий и биоинформатики Биологического института ТГУ Ольга Карначук. – На основе метагенома биоинформатики из ФИЦ «Биотехнологии» РАН реконструировали геном (MAG) 3P-20-051, и стало понятно, что он принадлежит к неизвестному ранее виду. Ближайший описанный родственник – Methanothermobacter marburgensis – совпадает с ним лишь на 92,66% (ANI).
Но одно дело – «увидеть» геном в пробе, другое – получить живой микроорганизм. Чтобы выделить чистую культуру, исследователям пришлось ждать 12 месяцев, пока в пробирке при 55°C не появился метан. Затем – серия пересевов с антибиотиками, чтобы избавиться от «соседей». Полученный штамм назвали K4ᵀ. Сравнение его генома с тем самым «виртуальным» MAG показало совпадение на 99,96%. То есть выращенный микроб – действительно доминирующий обитатель глубинной воды, а не случайный попутчик. Новый вид микробиологи ТГУ назвали Methanothermobacter tomskensis – в честь Томского области, где он был найден.
Архея, описанная в статье, – это хемолитоавтотроф, который «ест» водород и углекислый газ, поднимающиеся из недр Земли, и «выдыхает» метан. Учёные смогли измерить скорость процесса с помощью радиоактивной метки (бикарбонат натрия, меченный изотопом 14C). Получилось 5,45±0,528 нмоль CH4 на литр в сутки.
– Это серьёзная цифра, – отмечает Ольга Карначук. – Она сопоставима с активностью метаногенов в донных отложениях обычных озёр и морей, местообитаниях, где протекает активный метаногенез. Изотопный анализ метана показал: половина его в пробе имеет биологическое происхождение, а половина – глубинная, из недр Земли. То есть под нами, на глубине нескольких километров, работает живой метановый реактор. И он огромный – фактически, это Западно-Сибирский артезианский бассейн, его площадь около трех миллионов квадратных километров. Этот «реактор» – неучтённый источник эмиссии метана. Пусть и не весь произведённый объем выбрасывается в атмосферу, но вклад невидимых подземных обитателей в цикл углерода на планете довольно значительный.
Добавим, что микробиологи ТГУ – признанные эксперты по глубинной, в том числе редкой биосфере. Одна из ценных находок учёных – бактерия Desulforudis audaxviator, на которую десять лет безуспешно «охотились» исследователи из разных стран, но выделить её смогли именно учёные ТГУ. Этот микроорганизм, известный как «смелый путешественник» (отсылка к роману Жюля Верна), живёт в полной темноте и без кислорода, получая энергию за счёт радиоактивного распада в недрах. Но главная загадка оказалась в другом: сравнив геном сибирского изолята с африканским (определен в пробах по ДНК), учёные увидели, что геномы абсолютно идентичны.
Но на этом томские учёные не остановились – из других подземных скважин был выделен ещё один родственник десульфорудиса, у которого обнаружен такой же эволюционно застывший геном. Новая бактерия – Desulfosceptrum tomskense – питается только водородом и углекислым газом, поступающими из недр Земли. Американские учёные уже выдвинули гипотезу, что подобные десульфорудису бактерии могут жить в определённых местах под поверхностью Луны, где есть всё необходимое – вода, водород и углекислый газ.
Добавим, что новый вид археи изучен и описан микробиологами в рамках проекта «Культивирование, характеристика физиологии и геохимической активности трудно культивируемых экстремофильных бактерий», поддержанного РНФ (№ 24-14-00396).
Для работы с археями в лаборатории БИ ТГУ используются анаэробные техники
Фото: БИ ТГУ