Разкриване на метаболитните стратегии за оцеляване на почвените микроби
Почвените микроорганизми често са изправени пред сурови, променящи се условия – в умерени почви и пустини. Голяма част от почвеното микробно разнообразие се съдържа в „микробна семенна банка“. Тук се приема, че преобладаващата част остава неактивна във всеки един момент, като различни членове се реанимират, ако условията на околната среда се променят. Проектът DormantMicrobes (Revealing the function of dormant soil microorganisms and the cues for their awakening), подпомогнат от Европейския научноизследователски съвет, бе създаден, за да проучи как почвените микроорганизми са подготвени за покой в пустинните почвени кори и умерените почви, и изследва някои от екологичните сигнали, които могат да доведат до реанимация. „Преди това имаше малко информация за съотношението на активните към спящите клетки в почвата, да не говорим за действителните стратегии, използвани за справяне с тежки условия“, обяснява координаторът на проекта Дагмар Войбкен от Виенския университет.
Стратегии за оцеляване
Екипът на Войбкен работи с микроорганизми, които обитават почвени кори в пустинята Негев, като използва два съвременни метода: NanoSIMS и мета-омически. Липсата на вода ограничава активността в пустинните почвени кори, така че проектът изследва микробната реактивация в лабораторията чрез имитация на дъжд. Прилага се стабилно изотопно сондиране, като се използва „тежка вода“ – вода, съдържаща редкия изотоп деутерий вместо водород. Клетките, които съдържат деутерий, функциониращ като маркер, бяха следени, за да се проследи реактивацията с течение на времето на едноклетъчно ниво с помощта на NanoSIMS. „Данните ни потвърдиха, че някои от клетките наистина остават неактивни, вероятно като застрахователна полица за общността“, казва Войбкен. За да се разкрият потенциални гени и пътища, които са от съществено значение за латентността и реанимацията, беше приложен и мета-омически подход за секвениране на ДНК и иРНК на микроорганизмите, обитаващи почвената кора. „Конструирахме почти пълни геноми, разкривайки голямо разнообразие от неизвестни досега почвени микроорганизми. Тези данни разкриха също голямо разнообразие от стратегии, които микробите използват, за да оцелеят в неблагоприятни условия“, добавя Войбкен. Тези механизми за оцеляване включват стратегията „празник и глад“, при която микробите реагират на внезапни импулси вода, като използват органични хранителни вещества като енергийни източници или като генерират етапи на покой. Освен това производството на реактивен кислород, който иначе уврежда ДНК и протеините, може да бъде намалено. Клетките съдържат ензими, които предпазват или възстановяват тези важни клетъчни компоненти. Особено интересна стратегия е генерирането на енергия чрез отвеждане на атмосферни газове като водород. Разширявайки тази констатация, екипът установи също, че атмосферните газове се пречистват през умерените почви и идентифицира някои нови и повсеместни таксони, показващи този потенциал. „Открихме този метаболитен капацитет в много успешни почвени микроби, наречени ацидобактерии“, посочва Войбкен. „Този капацитет се среща широко и при други почвени микроби, в напълно различни почвени среди и с различни стресови фактори, което илюстрира неговото значение като стратегия за оцеляване“. Сега изследователите посвещават усилията си да изследват дали това е така или не. Откритията им ще им позволят също да определят дали микроорганизмите в по-малко сухите почви са толкова подготвени да издържат на засушаване, колкото са техните братовчеди в пустинята.
Опазване на биологичното разнообразие
Повишеното разпространение на засушаванията и опустиняването са само две от отличителните черти на въздействието, причинено от изменението на климата върху много от екосистемите на Земята. „По-доброто разбиране на механизмите, които микроорганизмите са приспособили, за да оцелеят при липса на вода и бързо да се активират, когато тя отново стане достъпна, ни помага да разберем как биоразнообразието може да съществува в тези екосистеми. Тези знания биха могли да помогнат на бъдещите усилия за смекчаване на изменението на климата“, заключава Войбкен.
Keywords
DormantMicrobes, почва, микроби, атмосферен газ, умерен, сух, водород, спящи клетки, пустиня, изотоп, деутерий, стратегии за оцеляване
