25 января 2021

Ученые Курчатовского института выяснили, какие механизмы получения энергии используют бактерии из термальных источников Чукотки

Курчатовский институт Курчатовский институт

Специалисты НИЦ "Курчатовский институт" в составе экспедиционной группы впервые провели исследование экстремофильных микроорганизмов из горячих источников Чукотки. Пробы были взяты из трех термальных зон полуострова - Мечигмен, Сенявин и Чаплино. Ученые выяснили, как в зависимости от температуры и состава воды меняется микромир горячих источников этого арктического региона и какие механизмы микробы используют для получения энергии. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Microorganisms.

"На нашей планете есть регионы, где существование жизни кажется невозможным по самым разным причинам — из-за сильнейшей жары, лютого холода, высокого давления, отсутствия питательных веществ, высокой концентрации кислот и щелочей. Однако есть множество живых существ, которые прекрасно себя чувствуют в подобных условиях. Такие организмы называют экстремофильными",

— пояснил заместитель руководителя Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий НИЦ "Курчатовский институт" Максим Владимирович Патрушев. Ученый отметил, что изучение микроорганизмов, адаптированных к суровым условиям обитания, способствует открытию перспективных для биотехнологии ферментов.

Подробно изучив микромир горячих источников Чукотки, ученые выяснили, что в зависимости от температуры и химического состава воды там доминируют либо бактерии рода Chloroflexus, либо родаAquificae. В термальных "оазисах" этого арктического региона, расположенного в зоне сплошной вечной мерзлоты, температура варьируется от 54 до 94 °C. Зеленые бактерии рода Chloroflexusпредпочитают умеренный интервал от 54 до 75 °C, а Aquificaeкомфортно чувствуют себя в воде от 75 °C и выше.

Специалисты изучили особенности метаболизма этих микроорганизмов и установили, за счет чего они поддерживают свой энергетический баланс. Как выяснилось, бактерии рода Chloroflexus, которые обычно используют в качестве "топлива" органические вещества, в условиях арктического региона ведут себя иначе. Оказалось, что они совмещают процессы получения энергии: днем задействуют источник света без присутствия кислорода, а ночью — используют химическую реакцию с участием кислорода. На ЧукоткеChloroflexus имеют преимущества, поскольку входящий в их состав бактериохлорофилл поглощает свет в длинноволновом диапазоне, что очень актуально в полярных условиях. Это позволяет им жить за счет фотосинтеза, несмотря на низкую инсоляцию.

Изучение геномов экстремофилов и особенностей их метаболизма важно как для фундаментальной науки, так и для развития промышленной биотехнологии. Эти данные помогают ученым лучше понимать механизмы приспособления микроорганизмов к суровым условиям обитания. Такие исследования служат фундаментом для выявления новых промышленно значимых ферментов.

В работе приняли участие специалисты НИЦ "Курчатовский институт", института микробиологии им. Виноградского, МГУ им. Ломоносова и Геологического института РАН.

Бактериохлорофилл — пигмент, который используют некоторые бактерии для получения энергии за счет фотосинтеза.
Российский научный центр "Курчатовский институт" был образован Указом Президента России в ноябре 1991 года на базе созданного в 1943 г. Института атомной энергии им. И.В.Курчатова (в то время Лаборатории N 2 Академии наук СССР) и стал первым государственным национальным научным Центром России. Центр подчинен непосредственно Правительству России и не входит в состав Российской Академии наук и отраслевых министерств.