Отложения, которые лежат в основе мировых океанов, питают разнообразное множество микробных сообществ. Многие организмы в этой холодной, бескислородной окружающей среде зависят для их выживания от органического вещества. Действительно, морские отложения составляют самое большое водохранилище органического углерода на Земле и понимание, что динамика его переработки жизненно важна для надежной оценки воздействия глобального потепления. Большая часть фиксированного углерода, найденного в отложениях, состоит из обломочных белков и углеводов.
Однако мало известно о микробных группах, которые ответственны за распад углеродных соединений в подморском дне. Чтобы помочь заполнить этот промежуток в нашем знании, Уильям Орси, профессор Geomicrobiology в Отделе наук о Земле и Наук об окружающей среде в Университете Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхене, намеревался характеризовать эти группы, анализируя на генетическом уровне, ферменты, которые они прячут в их среду.
Результаты исследования были теперь изданы онлайн в журнале Nature Microbiology.Микроорганизмы используют внеклеточные ферменты, чтобы катализировать химическое ухудшение органических, содержащих углерод веществ в окружающей среде.
Получающиеся продукты распада подняты специализированными транспортными белками и служат источниками энергии и стандартными блоками для роста клеток. Все ферменты, предназначенные для экспорта от клеток, содержат короткую, определенную последовательность аминокислот, которая служит идентификационной биркой, которая признана секреторным аппаратом, который позволяет им получить доступ к внешности клетки. Экологические фрагменты РНК, восстановленные от отложений, могут быть усилены и проанализированы в лаборатории, таким образом позволив последовательности этих признаков, которые кодируют информацию для производства самих ферментов. «Используя роман bioinformatic метод, мы искали эволюционно сохраненный, и следовательно функционально важный, мотивы последовательности аминокислоты в этих последовательностях признания. Таким образом мы смогли, впервые, не только использовать генетические данные, чтобы вывести функции фермента, но также и определенно определить те ферменты, которые спрятались клетками, которые живут в этих отложениях», объясняет Орси.
Orsi и его коллеги использовали данные о последовательности, которые были получены в более раннем исследовании экологической РНК, восстановленной от места глубоководного бурения недалеко от берегов Перу. Новые результаты показывают, что бактерии, archaea и грибы, похороненные в отложениях у основания моря, производят и прячут уникальное созвездие ферментов. Эти катализаторы способны к ухудшающимся биомолекулам, которые связаны с осадочными депозитами, такими как углеводы, липиды и белки – но они могут также очистить питательные вещества от мертвых клеток. «Многие ферменты, синтезируемые и спрятавшие грибковыми клетками определенно, нападают на клеточные стенки archaea, в то время как многие внеклеточные ферменты, выпущенные бактериями, могут ухудшить клеточные стенки грибов», говорит Орси. «Другими словами, различные классы микробов, по-видимому, снимают части с одной машины для ремонта других ‘корпусы’ друг друга».
По-видимому, микроорганизмы используют этот ‘necromass’ как источник углерода и энергии, которая позволяет им выжить в этой враждебной бескислородной зоне, далеко вне досягаемости солнечного света. – Самым старым отложениям, найденным в ядре тренировки, были восстановлены от глубины на 159 метров ниже морского дна и 2,8 миллиона лет.Исследователи теперь хотят знать, сколько углерода переработано различными группами организмов, чтобы оценить их отдельные вклады в глобальный углеродный цикл. «Наши данные могли тогда быть включены в биогеохимические модели, которые увеличат предсказательную силу таких моделей», говорит Орси.