В сибирской мерзлоте нашли больше сотни неизвестных науке бактерий
Ученые Тюменского госуниверситета совместно с коллегами из Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН восстановили геномы более сотни ранее неизвестных бактерий из вечной мерзлоты и современных почв севера Западной Сибири, сообщает Минобрнауки. Оказалось, что мерзлые толщи возрастом до 40 тысяч лет таят в себе не только уникальные формы жизни, но и богатейший арсенал биосинтетических генов — потенциальных источников новых лекарств. Исследование вышло в Journal of Applied Microbiology.
Более 99 % микроорганизмов невозможно вырастить в лаборатории. Эту часть микробного мира ученые называют «микробной темной материей», по аналогии с темной материей в астрофизике. Современные методы позволяют восстанавливать геномы отдельных микробов из смеси ДНК, содержащейся в почве. Таким образом стало возможным «выудить» из общего генетического «котла» отдельные геномы некультивируемых микробов и изучать их так, будто их вырастили в чашке Петри.
Неизвестные бактерии из сибирской мерзлоты
Образцы собирали в Надымском районе Ямало-Ненецкого автономного округа, примерно в 100 км к югу от Полярного круга. Исследователи работали с современными почвами — бывшими пашнями, заброшенными 17–29 лет назад, подзолами и торфяниками — и с кернами буровых скважин. Радиоуглеродное датирование показало, что этим отложениям от 10 до 40 тысяч лет.
Из образцов удалось получить колоссальный объем информации — 304 Гб метагеномных данных.
Однако ни один из более чем сотни реконструированных геномов не удалось отнести к известному виду бактерий. При этом доля известных родов в древней мерзлоте составила всего 6 %, тогда как в современных почвах этот показатель составляет 47 %. По мнению ученых, это означает, что мерзлота хранит целый пласт неизученной микробной жизни.
Гены для создания новых лекарств
Ученые проанализировали биосинтетические генные кластеры — участки ДНК, которые кодируют синтез природных соединений: антибиотиков, пигментов, сигнальных молекул. Оказалось, что разнообразие таких кластеров в мерзлоте значительно выше, чем в современных почвах.
«Мы впервые изучили микробный мир западносибирской мерзлоты на уровне геномов отдельных микроорганизмов. Это расширяет глобальный каталог микробного разнообразия и помогает понять, как жизнь адаптируется к экстремальным условиям. Кроме того, мерзлота — это „природный банк“ генетического разнообразия. Многие найденные кластеры не имеют аналогов среди известных соединений. Это потенциальные источники новых антибиотиков, противогрибковых препаратов и стресс-протекторов», — рассказал один из авторов исследования, заведующий лабораторией антимикробной резистентности Института экологической и сельскохозяйственной биологии ТюмГУ Алексей Васильченко.
Авторы считают, что древние микробы помогут создавать новые лекарства. Так, среди находок были кластеры генов для синтеза вещества, напоминающего даробактин — открытый в 2019 году новый мощный антибиотик.
