Благодаря расщеплению природного «биопластика» многие бактерии накапливают внутри клеток особые полимеры, которые служат им запасом углерода и энергии. Ученые выяснили, что способность переваривать эти вещества есть у самых разных животных и возникла еще у их далекого общего предка.
Полигидроксиалканоаты, или PHA, — вещества, которые многие бактерии используют как запас пищи и энергии. PHA называют природными биопластиками, поскольку по химической природе это полиэфиры, из которых сегодня производят биоразлагаемые пластиковые материалы. Когда питательных веществ вокруг много, микроорганизмы откладывают избыток углерода внутри клетки в виде гранул, а при необходимости снова расходуют этот запас. В природе РНА — прежде всего часть обмена веществ бактерий и важный резерв углерода. До сих пор считалось, что разрушать такие запасы умеют главным образом сами микроорганизмы.
Авторы нового исследования проверили, способны ли делать это и животные. Они обратили внимание на морского червя Olavius algarvensis. У него нет ни рта, ни кишечника, он получает питание благодаря бактериям, которые живут прямо в его тканях. Эти бактерии снабжают хозяина необходимыми веществами, затем часть из них переваривается самим червем. Один из видов-симбионтов может накапливать особенно много PHA.
Исследователи нашли в геноме червя ген фермента, который способен разрезать длинные цепочки PHA на более простые соединения. Он, как показал анализ, встроен в геном червя и имеет признаки обычного гена животного. Потом ученые получили соответствующий белок в лаборатории и добавили его к одному из распространенных видов PHA. Фермент действительно начал разрушать полимер. По эффективности он оказался близок к похожим ферментам бактерий, для которых такое свойство известно давно. Результаты исследования опубликовал журнал Nature Ecology & Evolution.
После этого ученые посмотрели, где именно этот механизм работает в организме червя. Оказалось, нужный фермент образуется в наружных тканях — как раз там, где находятся и перевариваются бактерии-симбионты. Кроме того, у животного обнаружили другие белки, которые позволяют дальше использовать продукты распада PHA в обмене веществ. По мнению исследователей, червь таким образом получает доступ не только к обычным веществам из клеток бактерий, но и к их внутреннему энергетическому запасу.
Причем поиск по генетическим базам показал похожие гены более чем у 60 видов животных из разных групп, в том числе у губок, моллюсков, членистоногих и кольчатых червей. Чтобы проверить, работают ли эти гены на самом деле, ученые отдельно исследовали ферменты губки, дождевого червя и коллемболы — мелкого почвенного членистоногого.
Во всех случаях белки действительно разрушали PHA. Похожие ферменты нашли и у некоторых одноклеточных организмов.
Ученые предположили, что способность расщеплять PHA появилась очень давно и, возможно, уже была у общего предка животных. В дальнейшем разные линии могли сохранять или терять ее в зависимости от образа жизни и питания.
Особенно полезной такая способность должна быть у видов, которые постоянно контактируют с бактериями, поедают их или питаются разлагающимся органическим материалом. Авторы научной работы, однако, подчеркнули, что происхождение этого механизма еще предстоит уточнить на большем числе видов.
Автор: Андрей Серегин