Многие микроорганизмы сложно изучать, поскольку их невозможно культивировать в лаборатории. Таковы Patescibacteria — очень мелкие бактерии, известные только по кусочкам геномов и живущие на поверхности других бактерий и за их счет.
Авторы новой статьи, опубликованной в журнале Cell, смогли разобраться с тем, как устроены геномы необычных микробов и как они приспособились к жизни микроскопических паразитов.
Бактерии и прочие микробы населяют Землю почти столько же, сколько она существует, — с самого зарождения жизни почти четыре миллиарда лет назад. При этом они до сих пор играют огромную роль в функционировании экосистем и глобальном круговороте элементов.
В то же время большинство бактерий очень сложно изучать, поскольку в условиях лаборатории они не выживают. Это связано со специфическими требованиями к условиям обитания, а также с потребностью жить рядом с какими-то другими микробами.
Среди таких некультивируемых бактерий яркий пример — очень мелкие бактерии Patescibacteria, которые могут выживать, только паразитируя на поверхности более крупных бактерий.
Эти бактерии изучать особенно сложно, однако ученые применили для этого некоторые остроумные приемы. Для начала они выделили пару штаммов патесцибактерий, полученных из проб зубного налета и слюны здоровых добровольцев. Там они, разумеется, жили не сами по себе, а на поверхности актинобактерий.
Микробиологам удалось выделить ДНК бактерий-паразитов из смеси с генетическим материалом хозяина. Они также описали набор генов одного из штаммов, среди которых 295 оказались жизненно важными для микроба. Этот набор сильно отличается от стандартного — и неудивительно, ведь патесцибактерии потеряли способность синтезировать многие важные соединения из-за жизни «на всем готовом». В целом геномы Patescibacteria, как и их клетки, оказались очень миниатюрными и упрощенными — все это характерно для организмов, которые избрали путь упрощения и специализации, то есть паразитизм.
Зато необычные бактерии приобрели уникальные гены и способности, помогающие им успешно выживать на поверхности других микробов. Так, у них возникли особые придатки на поверхности и специфические белки, которые позволяют паразитам удерживаться на клетках-хозяевах. Патесцибактерии также могут перейти в подвижное состояние и отправиться на поиски новых хозяев, после чего осесть на них и вновь приступить к делению.
Patescibacteria приобрели уникальную систему секреции, а еще способность захватывать проплывающую мимо них ДНК и использовать ее, чтобы стать более адаптированными. Получается, они способны сделать себя трансгенными сами, без помощи людей и биотехнологии.
Именно эту систему захвата ДНК ученые использовали, чтобы «скормить» патесцибактериям ген, кодирующий метку, — флуоресцентный белок. Это позволило визуализировать структуру необычных бактерий и подробно описать их жизненный цикл.
Автор: Михаил Орлов