Bakteriofagi uczestniczą w obiegu planetarnej siarki • Elena Naimark • Wiadomości naukowe o "Elementach" • Genetyka, ewolucja, mikrobiologia, wirusologia

Bakteriofagi uczestniczą w obiegu planetarnej siarki

Pola hydrotermalne w strefie ryglowej basenu Lau z rurami dla palaczy: głębokość 1800 m, temperatura około 260 ° C Stąd pobrano próbki do analizy metagenomicznej. Zdjęcia z news.harvard.edu

Po zbadaniu próbek zawierających bakterie sulfo-utleniające SUP05 naukowcy odkryli wirusowe DNA w swoich genomach. Niespodziewanie spośród 18 typów wirusowego DNA 15 zawierało enzymy zaangażowane w utlenianie siarki. Jak się okazało, wirusy nabyły dawno temu ten element genomu, zachowały go w swojej genetycznej gospodarce i są wykorzystywane do zmuszenia bakterii do aktywnego wydawania swoich zapasów energii na replikację wirusowego DNA. Suma danych na temat genomów wirusa wskazuje na wielkość tego zjawiska: wirusy pożyczają geny, które regulują metabolizm energetyczny z bakterii i wykorzystują je do celów samolubnych. Ewolucję tych genów i ich transdukcję należy rozpatrywać w świetle tego powszechnego zjawiska.

Amerykańscy naukowcy z University of Michigan i Minnesota badali bakteryjną społeczność hydrotermów głębinowych (nazywanych również "czarnymi palaczami"). Od połowy XX wieku, kiedy odkryto ten odizolowany świat,Populacja bakterii "czarnych palaczy" – głównego generatora energii tego biosystemu – stała się tradycyjnym obiektem zainteresowania naukowców. W końcu tworzą się bakterie, które utleniają różne rodzaje związków siarki (jak również metanu, żelaza itp.)okołowiększość pierwotnej produkcji "czarnych palaczy". Jednak, pomimo ciągłych aktywnych badań, świat "czarnych palaczy" regularnie dostarcza niesamowitych odkryć.

W tym badaniu naukowcy wzięli bakterie SUP05 spokrewnione z gamma proteobacteria (Gammaproteobacteria), które specjalizują się w utlenianiu siarki (dla SUP05, patrz artykuł: KT Marshall & RM Morris, 2012. Izolacja aerobowego utleniacza siarki z SUP05 / Arctic96BD-19 klada). SUP05 jest najbardziej masywnym elementem mikroflory czarnych palaczy. Ogólnie rzecz biorąc, bakterie siarkowe "czarnych palaczy" są dostarczane do ekosystemów głębinowych z ilością materii organicznej porównywalnej z produkcją strefy fotycznej, dlatego zainteresowanie SUP05 jest w pełni uzasadnione.

Naukowcy porównali genomy SUP05 z sześciu punktów w głębinowych strefach szczelinowych: 5 próbek pochodziło z Basenu Lau, gdzie znane jest aktywne pole hydrotermalne, a szóste z hydroterm w Guaymas Basin w Zatoce Kalifornijskiej.

Spośród sześciu próbek genomy SUP05 ujawniły wirusowe DNA – łącznie 18 różnych wirusów.Sama w sobie jest to w porządku rzeczy: najbardziej masywny organizm jest zwykle zarażony pasożytami, w tym przypadku bakteriofagami. W przypadku SUP05 naukowcy byli zaskoczeni czymś innym. Piętnaście z 18 typów bakteriofagów znalazło geny specjalnego enzymu (rdsr, odwrotną dyssilującą reduktazę siarczynu – disimilacyjną reduktazę siarczynową, patrz artykuł F. Grimma i wsp., 2009). w Allochromatium vinosum) zaangażowane w utlenianie elementarnej siarki. Okazuje się, że większość tych pasożytów głębinowych jest zaopatrzona w narzędzia molekularne do utleniania siarki. Dlaczego są wirusami? Utlenianie wirusów siarki nie. Zadaniem wirusa jest skopiowanie jego DNA i białek z jego wirusowego kapsydu, a następnie infiltracja do następnego gospodarza.

Porównanie sekwencji genetycznych wykazało, że geny enzymów wirusowych nie są podobne do genów podobnego enzymu w bakteriach gospodarza. Oznacza to, że nie zostały uzyskane w wyniku niedawnej rekombinacji lub pożyczki. Wirusy nabyły je przez stosunkowo długi czas i zachowały je w taki czy inny sposób w swoim genomie: najwyraźniej ten dodatkowy ładunek genetyczny przyczynił się do ich rozmnażania. Ponieważ enzym ten bierze udział w procesie, w którym komórka SUP05 otrzymuje energię, korzyść z tego "nawisu" dla wirusa jest oczywista.Wniknięcie wirusa do komórki powoduje, że bakteria aktywnie zaczyna wykorzystywać rezerwy siarki, aby wytworzyć dodatkową energię i wydać ją na transkrypcję DNA, w tym wirusowego DNA. Innymi słowy, bakteria jest zmuszona do replikacji wirusowego DNA.

Schemat utleniania siarki przez bakterię SUP05. Stwierdzono tylko główne enzymy tej kaskady – oksydoreduktaza siarczkowo-chinonowa (sqr), kompleks utleniający siarkę (sox), disimilatywna reduktaza siarczynowa (rdsr), reduktaza APS (apr), ATP-sulfurylaza (sat). Szary prostokąt pokazuje obszar, na którym działa enzym wirusowy rdsr. Schemat omawianego artykułu w Nauka

Podobny wirusowy dyktat został zarejestrowany dla sinic żyjących w strefie światła. Ich bakteriofagi wychwytują enzymy fotosyntezy (psbA i psbD). W rezultacie wirusy mogą zmusić umierającą komórkę do dostarczania energii, nawet jeśli system fotosyntetyczny jest już uszkodzony. Jak się okazało w badaniach wirusów z powierzchownych warstw oceanu, większość wirusów ma enzymy zaangażowane w proces fotosyntezy. Tak więc około 60% genów psbAwykryte przez metagenomiczną analizę wód powierzchniowych należą do wirusów (o genach psbA zobacz więcej w artykule: P. Mulo i wsp., 2009.Cyanobakteryjna rodzina genów psbA: optymalizacja tlenowej fotosyntezy).

Podsumowując, dane na temat wirusów z wód powierzchniowych i dalekomorskich wskazują na duże prawdopodobieństwo transdukcji i specyficznej ewolucji genów zaangażowanych w metabolizm energetyczny. Te geny nie tylko przypadkowo przylegają do wirusowego DNA i są przekazywane do nowych gospodarzy. Wręcz przeciwnie, są one prawdopodobnie obecne w wirusach, są przez nie celowo konserwowane i modyfikowane, aby odpowiadały potrzebom wirusów, a nie bakteryjnym użytkownikom systemów energetycznych. Z tego punktu widzenia ewolucja wielu genów bakterii i tempo przenoszenia poziomego wyglądają zupełnie inaczej.

Źródło: K. Anantharaman, M. B. Duhaime, J. A. Breier, K. A. Wendt, B. M. Toner, G. J. Dick. Geny utleniania siarki w różnorodnych wirusach głębinowych // Nauka. 2014. V. 344. P. 757-760.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: