Бактерии помогают червям переносить суровые антарктические холода

29.01.2025

В самом холодном и изолированном месте на Земле группа ученых преодолевает ледяные ветры в поисках ответов. Одетые в толстую красную одежду, контрастирующую с бело-голубым пейзажем, исследователи извлекают червей из холодных вод Южного океана, омывающего Антарктиду. Они вернут этих извивающихся существ в свои лаборатории, чтобы изучить, как им удается выживать при минусовых температурах без какого-либо защитного снаряжения.

Исследователи собирают образцы с помощью специальных инструментов в Антарктиде. Marco Lo Martire

“В Антарктиде одна из самых экстремальных сред на планете”, - сказала Чинция Коринальдеси, морской эколог из Политехнического университета Марке. “А в морских экосистемах у нас температура может быть очень близка к минус двум градусам [Цельсия]”.

Люди в лодке, одетые в красные куртки и брюки, собирают образцы из океана на фоне ледников.

Исследователи собирают образцы с помощью специальных инструментов в Антарктиде. Marco Lo Martire

Хотя исследователи определили, что некоторые морские животные Антарктики вырабатывают белки-антифризы для адаптации к экстремальным холодам, аналогичные механизмы у беспозвоночных оставались малоизученными.

В исследовании, опубликованном в Science Advances, Коринальдеси и его коллеги показали, что микробиом антарктических червей вырабатывает криопротекторные белки, которые помогают этим существам справляться с отрицательными температурами. Результаты дают представление о том, как микробиом может помочь хозяину адаптироваться к экстремальным условиям окружающей среды.

Роль микробиома в обеспечении питания или иммунитета хорошо известна, сказал Харальд Грубер-Водичка, исследователь морского симбиоза из Института морской микробиологии Макса Планка, который не принимал участия в исследовании. “Но защита от холода как услуга симбионта или функция симбионта была удивительной и новой”.

Коринальдеси и его команда подозревали, что микробиом может сыграть определенную роль в том, чтобы помочь их хозяину переносить холод, потому что микробы часто встречаются в таких условиях.3 Чтобы проверить эту гипотезу, команда секвенировала бактериальную ДНК, выделенную из кишечника, полости рта, придатков и внешнего защитного покрова червей, которых они собрали в водах Антарктики.

Два разных вида червей на белом фоне.

Исследователи собрали червей из Южного океана, чтобы изучить их стратегии адаптации к холоду. Marco Lo Martire

Анализ последовательностей показал, что бактерии, принадлежащие к родам Meiothermus и Anoxybacillus , составляют большую часть микробиома червей. Хотя ученые и раньше находили эти виды в холодных средах, чаще всего они встречаются при высоких температурах, например, в горячих источниках.

Исследователи обнаружили, что эти бактерии не присутствовали ни у одного другого вида червей, чьи метагеномы были доступны в банках генов. Они также не обнаружили этих бактерий в отложениях, где собирали червей, что указывает на то, что черви недавно не приобрели эти бактерии из окружающей среды.

Это побудило команду исследовать, возникла ли связь между червями и микробами в прошлом и передавалась ли она из поколения в поколение. Они изучили взаимосвязь между эволюционной историей хозяина — оцененную путем анализа его митохондриальных генов - и микробиомом, связанным с хозяином. Это выявило высокую степень филосимбиоза, или сходства, предполагающего, что микробы и черви, возможно, эволюционировали одновременно.

“Симбиоз начался в древние времена, вероятно, когда среда обитания была другой, и теперь эти бактерии больше не присутствуют в окружающих животных отложениях”, - сказал Коринальдеси.

Чтобы выяснить, как черви извлекают пользу из своих микробных обитателей в этом холодном климате, Коринальдеси и команда проанализировали геномы бактерий Meiothermus и Anoxybacillus . Они обнаружили гены, кодирующие или связанные с белками холодового шока, белками, связывающими лед, и криопротекторными соединениями, такими как спермидин.

Когда они проанализировали экстракты червей с использованием протеомного подхода, они обнаружили многие из этих белков и несколько ферментов, которые потенциально полезны для борьбы с экстремально низкими температурами. Сопоставление этих белков с установленными базами данных, описывающими последовательности белков и их функции, помогло команде точно определить, что бактерии, а не черви, продуцировали несколько криопротекторных белков.

По словам Коринальдеси, тот факт, что микробиом вырабатывает специфические белки, которые могут помочь хозяину справиться с холодом, был удивительным.

Грубер-Водичка сказала, что геномный и протеомный подход, использованный командой, усиливает результаты исследования. “Это первое понимание того, что симбионты могут играть важную роль, очень интригует”, - отметил он, но требуются дополнительные эксперименты, чтобы доказать, что адаптация червей к холоду зависит от микробиома.

“Это всего лишь маленький кусочек [головоломки]”, - сказал Коринальдеси. “Нам нужно продолжить [работу] по расширению информации”.

Источник: TheScientist

Комментарии:

Пока комментариев нет. Станьте первым!