Археи научились добывать метан из нефти без использования кислорода
Немецкие и нидерландские ученые обнаружили микроорганизм, который способен превращать длинноцепочечные алканы в составе нефти в метан в анаэробных условиях (без доступа кислорода), сообщается в mBio. Архея, получившая название Methanoliparia, встречается в океанических нефтяных месторождениях по всему миру и может играть важную роль в образовании газа из длинноцепочечных углеводородов.
Бактерии, археи и некоторые грибы способны перерабатывать такие соединения, которые животные не могут использовать (а если и могут, то чаще всего за счет микроорганизмов-симбионтов). В частности, некоторые прокариоты (организмы без ядра) могут разлагать алканы с двумя и более атомами углерода до метана, молекула которого содержит всего один атом углерода. Но чаще всего для этого требуется кислород, то есть аэробные условия.
Тем не менее, существуют микроорганизмы, которые в состоянии разрушать алканы анаэробно. Некоторые из них разлагают бутан — алкан с четырьмя атомами углерода в молекуле. Следы их деятельности хорошо заметны во многих точках, где под морским дном расположены залежи нефти. Исследователи из Института морской микробиологии Общества Макса Планка, Центра исследования экологии моря MARUM и Вагенингенского университета под руководством Гюнтера Вегенера (Gunter Wegener), которые тремя годами ранее открыли анаэробное окисление бутана, отправили аппараты для сбора проб к местам выхода нефти в Мексиканском заливе на глубине около трех километров.
Аппараты подняли некоторое количество нефти, в которой биологи проанализировали метагеном — совокупность ДНК, которая находится в конкретном образце окружающей среды. Ученые искали гены ферментов, которые делают возможным окисление алканов, и определяли, какие еще гены ассоциированы с ними, чтобы выявить систематическое положение микроорганизмов — окислителей нефти.
Выяснилось, что таких организмов несколько — как минимум три. Двое из них, археи Argoarchaeum и Syntrophoarchaeum, вступают в симбиоз с бактериями, чтобы перерабатывать этан и короткоцепочечные алканы. Третий, Methanoliparia, расщепляет длинноцепочечные алканы, по-видимому, без участия других микроорганизмов. Судя по имеющимся у него генам соответствующих ферментов, он делает это анаэробно: происходит реакция диспропорционирования, на выходе образуются метан и углекислый газ.
Анализ ДНК-библиотек показал, что Methanoliparia широко распространена по всему миру и ее гены находили пока только в местах скопления нефти. Вероятно, этот микроорганизм играет важную роль в получении газа из нефти в океанах. Пока Methanoliparia не удалось вырастить в лаборатории, однако это типичная ситуация: далеко не все микроорганизмы поддаются культивации, а чистые культуры одной разновидности архей, например, удалось получить и вовсе через 12 лет работы.
Первый автор исследования, Рафаэль Ласо-Перез (Rafael Laso-Pérez), отмечает, что культивирование Methanoliparia — одна из важнейших задач коллектива. Изучение клеток (а не только генома) этого организма позволит выявить ряд особенностей его физиологии, в частности понять, можно ли обратить процесс превращения нефти в метан и углекислый газ. Если это окажется возможным, проблема увеличения концентрации парниковых газов будет частично решена, так как метан и углекислый газ — одни из наиболее распространенных членов данной группы.
Археи — удивительная группа прокариот. Ее представители способны жить в самых суровых и необычных условиях от экстремально горячих гидротермальных источников до антарктических льдов. Свежие данные показывают, что клетки ряда асгардархей обладают множеством выростов и цитоскелетом. Данные признаки считают отличительными чертами эукариот. Это свидетельство в пользу гипотезы, что основой первой эукариотической клетки была архея, которая охватила своими выростами несколько предков митохондрий, тем самым оградив их от внешней среды и создав систему внутриклеточных полостей (это еще одна уникальная для эукариот черта).
Светлана Ястребова
Даже несмотря на использование сырого молока
Итальянские микробиологи изучили генетическое разнообразие микробиома кампанской моцареллы из молока буйволиц на разных этапах производства. К концу созревания микробиом сыра и рассола был представлен почти исключительно бактериями родов Lactobacillus и Streptococcus без значимого вклада минорных микроорганизмов. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Microbiololgy. Чтобы понять, какие микроорганизмы отвечают за аромат и вкус сыров с защищенным наименованием места происхождения, производители прибегают к микробиомным исследованиям. Часто такие нюансы связаны с минорными микроорганизмами, попадающими в тесто сыра не из стартовой культуры, а из термически необработанного молока, с оборудования или рук работников сыроварни. Доля таких микроорганизмов не превышает нескольких процентов микробиома. Технологии метагеномики и метаболомики позволяют быстро их идентифицировать, а иногда и попутно верифицировать происхождение сыра при сомнениях в его подлинности. Итальянские микробиологи во главе с Алессией Леванте (Alessia Levante) из Пармского университета исследовали микробиом рассольного сыра из молока буйволицы с юга материковой Италии, моцареллы ди буфала кампанья. Согласно традиционному рецепту, в молоко добавляют стартовую культуру и сычужный фермент, после чего в течение 4-5 часов происходит созревание при 35-37 градусах Цельсия. Потом массу погружают в воду температурой до 95 градусов, и она приобретает эластичную консистенцию. Эту массу вымешивают как тесто, после чего сыру придают форму шариков и помещают в рассол, в таком виде он и поступает в продажу. За время приготовления в среде колеблется температура, кислотность и концентрация соли, что создает предпосылки для изменений микробиома в процессе созревания. Биологи исследовали сыры от двух сыроварен: одна изготавливала моцареллу из сырого молока, другая — из пастеризованного. Ученые провели метагеномное секвенирование гена 16S рибосомальной РНК из образцов молока, стартовых культур, сырной массы перед нагреванием, рассола и готового сыра. В общей сложности 17 проб были пригодны для анализа — ученые забирали пробы из обеих сыроварен по два раза в разные дни. На одном из предприятий было доступно два варианта рассола — новый и старый, используемый уже более 30 лет. В общей сложности исследователи обнаружили бактерии из 30 типов, но основная часть биоразнообразия пришлась на образцы сырого молока, где доминировали типы Firmicutes, Proteobacteria и Actinobacteria. В остальных образцах доминировали представители Firmicutes: более 90 процентов микроорганизмов составили представители родов Streptococcus и Lactobacillus, причем в сырном тесте преобладали лактобациллы (L. delbrueckii и L. helveticus), а в рассоле преобладали стрептококки. Микробиом сырного теста на 99,4-99,8 процента состоял из лактобацилл и стрептококков. В старом рассоле от одной из сыроварен были идентифицированы бактерии родов Lentillactobacillus и Pediococcus, родственные лактобациллам, на них пришлось до десяти процентов ридов. При этом ученые не нашли минорных микроорганизмов, которые были бы характерны одновременно для сыров из обеих сыроварен. Единичные образцы содержали также минорные компоненты микробиома из родов Lactococcus, Acinetobacter или Chriseobacterium, но, по утверждению авторов, их нельзя назвать стабильным компонентом микробиома моцареллы ди буфало кампанья. Доля главных представителей микробиоты тоже оказалась довольно нестабильным показателем. От образца к образцу она различалась в 2-4 раза. Разброс от года к году может быть еще больше, если учесть результат исследования, часть данных которого касалась микробиома моцареллы. Учет того, насколько вариабельными могут быть продукты с защищенным наименованием места происхождения, важен при их сертификации и для их сохранения как объекта культурного нематериального наследия. Данные микробиомики используют не только для идентификации продуктов питания и их подлинности, но и для исследования диеты древних людей.