Не только выживают, но и процветают: как живут водоросли в озере Антарктиды

Глицерин вырабатывается рядом организмов, от дрожжей до позвоночных, некоторые из которых используют его в качестве осмопротектора — молекулы, предотвращающей опасную потерю воды в соленой среде, в то время как другие используют его в качестве антифриза. Оба вида водорослей синтезируют глицерин с помощью ферментов, кодируемых множеством копий недавно открытого семейства древних генов.

Исследователи собрали оба вида Chlamydomonas на глубинах от 13 до 17 м, в районе с крутым градиентом солености, в озере Бонни, постоянно покрытом льдом озере в Сухих долинах Мак-Мердо на Земле Виктории, Антарктида. Ранее они показали, что оба вида замечательно адаптированы к своей экстремальной среде обитания с фотосинтетическим аппаратом, адаптированным к холоду, солевому раствору и плохому освещению, новыми белками, более жидкими клеточными мембранами, которые функционируют при низких температурах, и белками, связывающими лед, которые защищают их от повреждений при замораживании-оттаивании.

Наша общая цель — понять, как микроорганизмы выживают в экстремальных условиях окружающей среды. Виды Chlamydomonas из озера Бонни хорошо подходят для таких исследований, потому что они подвержены множеству экстремальных условий, в том числе низкой освещенности, низкой температуре, окислительному стрессу и высокой солености. Представленные результаты являются первыми, показывающими, что производство глицерина микроорганизмами, которое хорошо известно в теплых и соленых средах, также важно в полярных регионах - доктор Джеймс Реймонд, адъюнкт-профессор исследований в Школе естественных наук Университета Невады.

UWO241 и ICE-MDV несут три и пять копий семейства генов, которые синтезируют глицерин в отдаленных водорослях из умеренного климата. В лаборатории UWO241 неуклонно увеличивает внутриклеточную концентрацию глицерина более чем в четыре раза по мере увеличения концентрации соли в среде с 400 до 1 300 мМ NaCl, что примерно в 0,8-2,5 раза больше солености морской воды. Они также демонстрируют параллельное увеличение транскрипции ДНК в РНК одной из копий гена, что убедительно свидетельствует о том, что это семейство генов также необходимо и достаточно для синтеза глицерина в Chlamydomonas из озера Бонни.

Филогенетическое «генеалогическое древо», основанное на сходстве белковых последовательностей, показывает, что это семейство генов является древним, возможно, восходящим к происхождению эукариотических организмов более миллиарда лет назад, в то время как множественные копии внутри каждого вида являются результатом недавних дупликаций генов с последующим их расхождением с течением времени. Эти белки содержат три области: метку, которая направляет его в хлоропласт (место фотосинтеза), домен, который превращает молекулу дигидроксиацетонфосфата в глицерин-3-фосфат, и другой домен, который превращает этот промежуточный продукт в глицерин.

Ученые подчеркивают, что глицерин является основным, но, вероятно, не единственным осмопротектором при Chlamydomonas из озера Бонни: увеличение внутриклеточного сахара и аминокислот также может помочь поддерживать осмотическое равновесие. Chlamydomonas могут также продуцировать глицерин дополнительными путями, например, путем разложения триглицеридов.

Недавние открытия способности микроорганизмов выживать в экстремальных условиях окружающей среды уже оказывают большое влияние на нынешние представления о возможности жизни на других телах Солнечной системы, где, по-видимому, в изобилии находятся холодные, соленые водоемы и даже океаны, заключают ученые.