Команда ученых из Университета штата Монтана предоставила первые экспериментальные доказательства того, что две новые группы микробов, обитающие в термальных источниках Йеллоустонского национального парка, производят метан — открытие, которое однажды может способствовать разработке методов смягчения последствий изменения климата и дать понимание в потенциальную жизнь в других частях нашей солнечной системы.

Журнал Природа На этой неделе были опубликованы результаты лаборатории Роланда Хатценпихлера, доцента кафедры химии и биохимии Колледжа литературы и науки МГУ и заместителя директора Университетского института термобиологии.

В двух научных статьях описывается проверка исследователями МГУ первых известных примеров существования одноклеточных организмов, производящих метан, за пределами линии Euryarchaeota, которая является частью более крупной ветви древа жизни под названием Archaea.

Одноклеточные организмы, производящие метан, называются метаногенами. В то время как люди и другие животные едят пищу, дышат кислородом и выдыхают углекислый газ, чтобы выжить, метаногены поедают небольшие молекулы, такие как углекислый газ или метанол, и выдыхают метан. Большинство метаногенов являются строгими анаэробами, то есть не могут выжить в присутствии кислорода.

Еще с 1930-х годов ученым было известно, что многие анаэробные организмы архей являются метаногенами, и на протяжении десятилетий они считали, что все метаногены принадлежат к одному типу: эвриархеотам.

Но около 10 лет назад микробы с генами метаногенеза начали обнаруживаться в других типах, в том числе в так называемом Thermoproteota. Этот тип содержит две микробные группы, называемые Methanomethylicia и Methanodesulfokora.

«Все, что мы знали об этих организмах, — это их ДНК», — сказал Хаценпихлер. «Никто никогда не видел клетки этих предполагаемых метаногенов; никто не знал, действительно ли они использовали свои гены метаногенеза или росли каким-то другим способом.

Хаценпихлер и его исследователи намеревались проверить, живут ли эти организмы посредством метаногенеза, основываясь на результатах исследования, опубликованного в прошлом году одной из его бывших аспиранток МГУ Маккензи Лайнс.

Образцы были собраны из отложений горячих источников Йеллоустонского национального парка с температурой от 141 до 161 градуса по Фаренгейту (61–72 градуса по Цельсию).

Благодаря тому, что Хаценпихлер назвал «кропотливой работой», аспирант МГУ Энтони Коц и научный сотрудник Виола Крукенберг вырастили йеллоустонские микробы в лаборатории. Микробы не только выживали, но и процветали — и производили метан. Затем команда работала над характеристикой биологии новых микробов с участием научного сотрудника Закари Джея и других сотрудников ETH Zurich.

В то же время исследовательская группа под руководством Лэй Ченга из Китайского института биогаза Министерства сельского хозяйства и сельских дел и Дианы Соуса из Вагенингенского университета в Нидерландах успешно вырастила еще один из этих новых метаногенов — проект, над которым они работали в течение шести лет. годы.

«До наших исследований с этими микробами не проводилось никакой экспериментальной работы, кроме секвенирования ДНК», — сказал Хаценпихлер.

Он сказал, что Ченг и Соуза предложили представить совместные исследования для публикации, а статья Ченга, сообщающая об выделении другого члена Methanomethylicia, была опубликована совместно с двумя лабораторными исследованиями Хатценпихлера.

По словам Хаценпихлера, в то время как один из недавно идентифицированных групп метаногенов, Methanodesulfokora, по-видимому, обитает в горячих источниках и глубоководных гидротермальных источниках, Methanomethylicia широко распространена.

Иногда их обнаруживают на очистных сооружениях и в пищеварительном тракте жвачных животных, а также в морских отложениях, почвах и водно-болотных угодьях. Хатценпихлер сказал, что это важно, потому что метаногены производят 70% мирового метана, газа, который в 28 раз более эффективен, чем углекислый газ, в удержании тепла в атмосфере, по данным Агентства по охране окружающей среды США.

«Уровни метана растут гораздо быстрее, чем уровень углекислого газа, и люди выбрасывают метан в атмосферу с большей скоростью, чем когда-либо прежде», — сказал он.

Хатценпихлер сказал, что, хотя эксперименты ответили на важный вопрос, они породили еще много других, которые будут стимулировать будущие работы. Например, ученые еще не знают, полагаются ли Methanomethylicia, живущие в неэкстремальных условиях, на метаногенез или же они растут другими способами.

«Я уверен, что иногда они растут, производя метан, а иногда они делают что-то совершенно другое, но мы не знаем, когда они растут, как и почему». — сказал Хаценпихлер. «Теперь нам нужно выяснить, когда они способствуют круговороту метана, а когда нет».

В то время как большинство метаногенов внутри Euryarchaeota используют CO.₂ или ацетат для получения метана. Метанометиллиций и метанодесульфокора используют такие соединения, как метанол. По словам Хаценпихлера, это свойство может помочь ученым научиться изменять условия в различных средах, где они обитают, чтобы меньше метана выбрасывалось в атмосферу.

Этой осенью его лаборатория начнет сотрудничать с Сельскохозяйственной исследовательской и учебной фермой Бозмана МГУ, которая предоставит образцы для дальнейших исследований метаногенов, обнаруженных у крупного рогатого скота. Кроме того, новые аспиранты, которые осенью присоединятся к лаборатории Хатценпихлера, будут определять, производят ли недавно обнаруженные археи метан в сточных водах, почвах и водно-болотных угодьях.

По словам Хатценпихлера, метанометилиции также имеют интересную клеточную архитектуру. Он сотрудничал с двумя учеными из ETH Zurich, Мартином Пилхофером и аспирантом Николаем Петросяном, чтобы показать, что микроб образует ранее неизвестные межклеточные трубки, которые соединяют две или три клетки друг с другом.

«Мы понятия не имеем, почему они их образуют. Подобные структуры редко наблюдаются у микробов. Возможно, они обмениваются ДНК; может быть, они обмениваются химическими веществами. Мы пока не знаем», — сказал Хаценпихлер.

Хаценпихлер обсудил результаты двух исследований в онлайн-лекции и в недавнем подкасте Matters Microbial, а также подготовил эту инфографику о круговороте метана.