Грязь с чилийского курорта помогла переписать систематику устойчивых к высоким температурам архей

Микробы могут жить в самых суровых в нашем понимании местах. Так, черная высокотемпературная грязь из термального источника возле вулкана Тингиририка (Чили) оказалась местом обитания редкого и необычного представителя любящих высокие температуры архей —_ Infirmifilum lucidum_. Генетический анализ также помог доказать, что другой вид архей, выделенный из горячего источника Камчатки, Россия, который был раньше описан как Thermofilum uzonense, на самом деле оказался ближайшим родственником обнаруженного организма, а потому тоже должен относиться к роду Infirmifilum. Статья микробиологов ФИЦ Биотехнологии РАН с предложением выделить семейство, к которому относятся оба организма, в отдельный порядок Thermofilales, опубликована в журнале Systematic and Applied Microbiology.

Микроорганизмы, живущие в экстремальных условиях (в первую очередь при высокой температуре), изучают не только ради расширения картины мира и уточнения связей на древе жизни. Нередко открытия в этой области находят полезные применения в молекулярной биологии, а потом и в медицине. К примеру, у термофильной бактерии Thermus aquaticus ученые обнаружили термостабильную Taq-полимеразу, которая позволила проводить множество циклов ПЦР при более высокой температуре без постоянного внесения новой порции фермента. Кренархеи имеют преимущественно форму палочек и относятся к археям — одноклеточным организмам, которые, как и бактерии, не имеют ядра, но отличаются некоторыми особенностями строения и работы клеток. Внутри группы кренархей в единственном классе, Thermoprotei, выделяют пять порядков, в том числе Thermoproteales, в который входит семейство Thermofilaceae. Корень «термо» в названиях появился не случайно. Многие представители класса обитают в недружелюбной в нашем понимании среде: в воде горячих источников, близ «черных курильщиков», в вулканических котлах и почве вулканических полей. Не стали исключением археи из семейства Thermofilaceae, к которым относится новый открытый учеными вид Infirmifilum lucidum.

«Мы получили образцы черной грязи с остатками листьев из региона Termas del Flaco, расположенного неподалеку от города Сан-Фернандо, Чили. Воспроизвести условия для роста экстремофильных микроорганизмов в лаборатории достаточно сложно, но нам это удалось. На седьмой день после посева мы увидели два типа клеток — маленькие шаровидные кокки из рода Thermosphaera, которые лучше размножались при большой концентрации полисахаридов - ксилана и ксилоглюкана, и удлиненные палочки, которым для роста требовался другой полимер - лихенан. Но попытки вырастить археи палочковидной формы в чистой культуре провалились потому чтопалочки оказались зависимыми от кокков. Поэтому мы решили попробовать вырастить их в питательной среде в присутствии среды после культивирования кокков Thermosphaera, надеясь на то, что последние выделяют в среду какие-то неизвестные нам, но необходимые для палочек факторы роста», — говорит Илья Кубланов, один из авторов статьи и заведующий лабораторией метаболизма экстремофильных прокариот Института микробиологии им. С.Н. Виноградского ФИЦ Биотехнологии РАН.

Новый штамм, названный 3507LT^T, предпочитает температуры 73-93 ˚C, но комфортнее всего чувствует себя при 85 ˚C в слабокислой среде с pH 6. Он относится к облигатным анаэробам, то есть, может расти только в бескислородных условиях. Архея 3507LT^T питается, перерабатывая углеводы таким же образом, как и остальные представители семейства Thermofilaceae. Он напоминает их по строению и, как и они, зависит от неизвестных веществ, выделяемых другими археями.

Для филогенетического анализа — выявления эволюции данного микроорганизма путем сравнения последовательностей генов и белков с его родственниками — ученые проанализировали последовательности генов 16S рРНК, а также последовательности консервативных белков нового штамма и других архей. На всех филогенетических деревьях он оказался ближе всех к штамму 1807-2^T, который раньше относили к роду Thermofilum. Оказалось, что эти два штамма очень похожи друг на друга и сильно обособлены от других групп того же семейства. Поэтому новый штамм получил название Infirmifilum lucidum, а 1807-2^T, который ученые решили объединить с ним в один род, был переименован в Infirmifilum uzonense.

«Мы обнаружили различия между семейством Thermofilaceae и другими представителями порядка Thermoproteales. – рассказывает Ксения Заюлина, ведущий автор статьи и младший научный сотрудник лаборатории метаболизма экстремофильных прокариот ФИЦ Биотехнологии РАН. – У архей этого семейства оказалось намного меньше генов, связанных с получением и превращением энергии, транспортом и метаболизмом липидов, аминокислот и коэнзимов. При этом у них был богатый набор генов, необходимых для питания углеводами, что и объясняет их умение так хорошо разлагать сахара. Учитывая результаты генетического анализа, особенности строения и любопытный эволюционный путь этой группы, мы предложили перенести семейство Thermofilaceae внутри класса Thermoprotei в отдельный порядок, Thermofilales».

Исследование выполнено в соавторстве с сотрудниками РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и факультета химии и биологии Университета Сантьяго де Чили.