Botryococcus braunii представляет собой микроорганизм, хорошо известный своей способностью производить углеводороды, совместимые с биотопливом. На протяжении десятилетий это было краеугольным камнем производства биотоплива. Теперь революционный геномный анализ реклассифицировал химические расы в отдельные виды, открыв путь для более точных биотехнологических применений.

Когда в 2020 году разразилась пандемия коронавируса, многие из нас были вынуждены изменить методы работы. Для Девона Боланда, исследователя из Texas A&M, это означало покинуть лабораторию и работать из дома. Столкнувшись с ограничениями в том, над чем он мог работать, Боланд начал искать Botryoccocus braunii .

Технически этот микроорганизм представляет собой растение (колониальную зеленую микроводоросль), обнаруженное в середине 1800-х годов и изученное в первую очередь из-за его способности производить углеводороды, которые можно превращать в биотопливо. Традиционно, B. braunii был классифицирован как один вид, состоящий из трех различных химических рас — A, B и L, каждая из которых отличается особыми углеводородами, которые они производят. Но, как выяснил Боланд, это не один вид, а целых три.

«Будучи аспирантом, вы читаете статьи, в которых говорится одно и то же: что это один вид с тремя химическими расами, и вы усваиваете это», — сказал Боланд, первый автор исследования, показывающего геномные сравнения. «Начинаешь думать, что это правильно. Никто не нашел иного, и у всех этих ученых карьера гораздо дольше, чем у меня — я всего лишь ребенок.

«Но в итоге мне удалось предложить названия видов, которые были приняты к публикации, чего я никогда не думал».

Смена фокуса

Во время карантина Боланд не мог работать над диссертацией, поэтому ему пришлось заняться чем-то другим. Тим Деваренн, заместитель руководителя программ бакалавриата, предложил ему изучить геном Botryoccocus braunii .

«Нанесение на карту генома интересующего вас организма всегда идеально подходит для исследований, поскольку позволяет вам легче находить гены и работать над определением их функций», — сказал Деваренн.

Дэниел Браун, другой исследователь из лаборатории, ранее собрал геном расы B. Деваренн и Боланд решили сделать то же самое для рас A и L. Как они обнаружили, хотя под микроскопом эти трое кажутся идентичными, генетически они различны.

Взять образцы их ДНК непросто из-за густой маслянистой среды, в которой они живут. Однако после тщательного извлечения и анализа команде наконец удалось выделить и передать генетические данные в суперкомпьютер. Там они запустили алгоритмы сравнения и обнаружили ключевые различия.

«Как будто куда бы мы ни посмотрели, все было по-другому», — сказал он.

Около 20% геномов трех типов различались. Это сравнимо с генетическими различиями между людьми и собаками.

Важное открытие

Учитывая существенные геномные различия, исследователи предложили разделить три расы на отдельные виды. Они потратили месяцы, решая, как назвать вид, и в конце концов пришли к выводу.

Раса B, уже наиболее изученная, сохранит название Botryococcus braunii сохранить свою историческую самобытность, тем более, что здесь впервые были идентифицированы углеводороды — ботриококцены. Наконец, раса L будет переименована. Ботриококк ликопадиенор намек на производство ликопадиенового углеводорода. Гонка А будет переименована Ботриококк алкенеалис что отражает уникальное производство алкадиенов и алкатриенов.

Однако значение этого открытия выходит за рамки классификации водорослей. Реклассификация B. braunii Разделение рас на отдельные виды имеет важные последствия для области биотоплива, эволюционной биологии и науки об окружающей среде.

В контексте биотоплива отдельные виды теперь идентифицируются в пределах того, что раньше было известно как B. braunii может привести к более целенаправленным подходам в биоинженерии. Понимая конкретные генетические пути, ответственные за производство углеводородов у каждого вида, ученые потенциально могут оптимизировать эти пути для более эффективного производства биотоплива. Это может сделать B. alkenealis, B. braunii и B. lycopadienor еще более ценными в качестве возобновляемых источников энергии.

С эволюционной точки зрения исследование представляет собой наглядный пример того, как генетические и экологические факторы могут способствовать дивергенции видов. Различия в производстве углеводородов, размере генома и содержании повторов между тремя видами позволяют предположить, что они адаптировались к разным экологическим нишам или подверглись разному давлению отбора. Это добавляет новое измерение к нашему пониманию видообразования микроводорослей — группы организмов, которые играют решающую роль в глобальном круговороте углерода и водных экосистемах.

Распространение знаний о видах Botryococcus

К сожалению, может пройти некоторое время, прежде чем другие исследователи признают это изменение. По этой причине команда приложила все усилия, чтобы опубликовать результаты в журнале с открытым доступом, который может прочитать каждый. Они также поделились выводами команды с более чем 100 другими исследователями, изучающими организмы в своих собственных лабораториях.

«То, как мы определяем отдельные виды, может не сильно измениться в зависимости от того, как эти организмы используются в исследованиях», — сказал он. «Но для научного понимания важно то, как мы думаем о том, как эти организмы связаны друг с другом и со всеми другими видами».

«Для нас было важно, чтобы информация была общедоступной, когда она была готова к публикации», — сказал он. «Наука управляется сообществом. Конечной целью всегда является расширение наших коллективных знаний, и я думаю, что именно этого мы здесь и достигли».

Исследование «Реклассификация Botryococcus braunii химических рас на отдельные виды на основе сравнительного геномного анализа» было опубликовано в PLoS ONE.