Российские ученые совершили значимый прорыв в микробиологии, вырастив в лабораторных условиях редких архей, обитающих в экстремальных экосистемах Камчатки и Курильских островов. Эти микроорганизмы представляют собой совершенно новую линию в древнейшем домене жизни, ранее считавшуюся практически недоступной для культивирования. Научная работа, поддержанная Российским научным фондом (РНФ), подарила миру первые чистые культуры архей, способных перерабатывать сложные сахара в условиях высокой кислотности и температуры. Именно это свойство делает их исключительно перспективными для использования в современных биотехнологиях, где необходимы ферменты, устойчивые к суровым средам.
Экспериментальное доказательство: археи из “микробной темной материи”
С развитием передовых молекулярно-биологических технологий стало известно, что более 96% микроорганизмов на Земле остаются невыращиваемыми в лабораторных условиях. Эти труднодоступные формы жизни зачастую называются “микробной темной материей” — об их функциях и роли в природе можно судить сейчас только по анализу генетического материала, извлеченного из природных образцов. Однако такие методы не всегда дают точное представление о работе самых древних и загадочных форм жизни. Многие археи, несмотря на их значительное распространение, остаются вне досягаемости для исследований из-за сложности выращивания вне их естественной среды. Особенно это свойственно тем археям, что обитают в кислотных и горячих источниках, где они часто преобладают над другими микроорганизмами.
Новые открытия российских микробиологов
Команда специалистов из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, при содействии коллег из разных регионов, сумела выделить две чистые линии архей, прежде бывших негостеприимными для культивирования. Эти археи найдены в уникальных экосистемах наземных термальных источников Камчатки и Курильских островов. Проведённые комплексные исследования позволили описать новый порядок архей — Tardisphaerales, входящий в совершенно новый класс Tardisphaeria. Данный класс ранее не был представлен никакими культивируемыми образцами, что делает открытие действительно уникальным в мировой науке.
Tardisphaera miroshnichenkoae и Tardisphaera saccharovorans: особенности и значение
Новые археи выделяются своей способностью получать энергию исключительно за счёт брожения углеводов, что редкость для обитателей подобных экстремальных местообитаний. Обе новые культуры, Tardisphaera miroshnichenkoae и Tardisphaera saccharovorans, названы в честь выдающихся исследователей этого направления. Ключевая черта данных микроорганизмов заключается в их умении преобразовывать сложные сахара и функционировать в условиях, где большинство живых организмов не выживает: при температурах, превышающих 65°C, и высокой кислотности. Такой набор особенностей даёт надежду на создание новых биотехнологических решений, связанных с ферментами, устойчивыми к агрессивным средам.
Перспективы: от открытий к практическому внедрению
Разработка технологий на основе таких микроорганизмов открывает путь к созданию промышленных ферментов, необходимых для переработки органических отходов, производства экологически чистой энергии и новых материалов. Российские микробиологи не только раскрыли фундаментальную тайну строения жизни, но и заложили основу для будущих инноваций, способных принести пользу экономике и экологии. Открытие представителей Tardisphaeria доказывает сильный потенциал отечественной науки и приоткрывает окно в микромир, ранее казавшийся недосягаемым. Благодаря поддержке Российского научного фонда (РНФ), исследования продолжают развиваться, а наша страна занимает передовые позиции в мировой микробиологической науке.
Недавно российские учёные совершили значимое открытие — описали два новых вида архей из порядка Tardisphaerales, которые обладают выдающимися способностями к выживанию и адаптации в неблагоприятных условиях. Первый из них, Tardisphaera miroshnichenkoae sp. nov., был назван в честь талантливого микробиолога Маргариты Леонтьевны Мирошниченко, внёсшей весомый вклад в изучение многообразия экстремофилов. Второй вид получил название Tardisphaera saccharovorans sp. nov., что дословно может быть переведено как «поглощающий сахар». Как рассказывает Мария Прокофьева, научный сотрудник лаборатории метаболизма экстремофильных прокариот ФИЦ Биотехнологии РАН и участник проекта, проекты поддержаны грантом Российского научного фонда, и результаты оставляют уверенное ощущение большого будущего отечественной микробиологии.
Фантастические свойства новых архей
Исследованные археи представляют собой очень мелкие клетки, отличающиеся нерегулярной кокковидной формой. Эти организмы растут достаточно медленно, но именно благодаря своей выносливости без труда выживают в крайне агрессивных условиях. Им комфортно обитать как при очень низких показателях pH, так и при высоких температурах — речь идёт о средах, в которых большинство живых организмов существовать не может. Они являются строгими анаэробами, то есть легко обходятся без кислорода, что ещё раз подчёркивает их уникальную адаптивность.
Генетические исследования показали, что новые археи значительно отличаются от других известных представителей термоацидофильных групп. Главная особенность их метаболизма заключается в умении получать энергию исключительно за счёт процесса брожения. Тогда как большинство родственных микроорганизмов используют дыхание, новые виды полностью полагаются на переработку сложных полисахаридов, что даёт им заметное конкурентное преимущество в уникальных экосистемах.
Генетическая экономность и гибкость метаболизма
Одной из сенсационных находок, отмеченных исследователями, стала структура геномов этих необычных архей. Их геномы считаются одними из самых компактных среди свободноживущих организмов мира. Однако столь лаконичное генетическое устройство совсем не ограничивает их функции: напротив, новые виды демонстрируют удивительную пластичность метаболизма, смело адаптируясь к переменчивым условиям нынешней среды.
Коллекция данных показала, что представители нового порядка очень эффективно расходуют энергию. Они способны максимально продуктивно использовать доступные ресурсы на местах своего обитания, даже когда эти условия постоянно изменяются. Благодаря такому эволюционному совершенству археи Tardisphaerales заняли прочные позиции среди многочисленных жителей горячих источников и кислых термальных водоёмов.
Секрет стойкости к кислородному стрессу
Научная группа обнаружила ещё одну важную особенность новых архей: умение выдерживать присутствие кислорода в течение длительного периода. Известно, что строгие анаэробы обычно крайне чувствительны к окислительному стрессу, однако представители Tardisphaera обладают одной из самых надёжных и сильных систем защиты от активных форм кислорода. Это даёт им исключительное преимущество для жизни в агрессивных условиях, насыщенных кислородом, которых так много в природных геотермальных зонах.
«Интерес архей, которые мы изучили, ещё и в том, что они крайне многочисленны в местах с горячей и кислой водой, — делится старший научный сотрудник лаборатории метаболизма экстремофильных прокариот ФИЦ Биотехнологии РАН и руководитель гранта РНФ Татьяна Кочеткова. — Благодаря эффективной оптимизации обмена веществ, даже при сравнительно невысоком энергетическом выходе от брожения, эти микроорганизмы уверенно конкурируют с иными обитателями горячих источников».
Значимость открытия и перспективы
Новое исследование стало очередным доказательством потрясающих приспособительных возможностей жизни на Земле. Помимо уникальных биологических механизмов, найденных в новых археях, учёные также подтвердили значительную численность представителей порядка Tardisphaerales в природных экзотермических зонах. Это открытие открывает широкие горизонты для дальнейших исследований в области микробиологии, биотехнологий и медицины, вдохновляя на поиски новых решений в самых неожиданных уголках нашей планеты.
Работа российских исследователей не только пополнила мировое сообщество знаний о биоразнообразии экстремофилов, но и стала настоящим вкладом в развитие современной науки. Новые археи из порядка Tardisphaerales — настоящие биохимические мастера, от которых учёные ждут ещё немало удивительных открытий и технологических прорывов в будущем, способных принести огромную пользу человечеству.
В последнее время ученым удалось открыть новые виды архей, отличающиеся удивительным генетическим потенциалом. Их геномы содержат уникальные гены, ответственные за ферменты, способные эффективно расщеплять углеводы даже в самых экстремальных условиях: при высокой температуре и в кислой среде. Эти необычные свойства делают археи перспективным источником термозимов, устойчивых к кислотам, что особенно важно для современного производства и промышленности.
Перспективы применения новых ферментов
Благодаря своей выносливости в нестандартных условиях, ферменты архей находят широкое применение в различных отраслях. В первую очередь, они представляют огромный интерес для зеленой биотехнологии — индустрии, направленной на экологичные энергетические решения и рациональное использование ресурсов. Применение термостабильных и кислотоустойчивых биокатализаторов позволяет оптимизировать технологические процессы, снизить энергозатраты и улучшить общую эффективность производства.
Не менее важную роль такие ферменты играют в производстве кормов. Добавление термозимов архей способствует повышению усвояемости питательных компонентов, что делает корма более питательными и улучшает здоровье животных. Кроме того, внедрение подобных ферментов в крахмальную промышленность способствует повышению стабильности процессов переработки — даже при высоких температурах и низких показателях pH биокатализаторы продолжают активно работать, гарантируя высокое качество и производительность продуктивных линий.
Вклад в инновационные технологии и устойчивое развитие
Инновационные ферменты, полученные на основе архей, открывают перед химической и пищевой промышленностью захватывающие перспективы. Их использование способствует снижению вредного воздействия на окружающую среду за счет уменьшения объемов отходов и минимизации применения агрессивных химических реагентов. Это важный шаг на пути к более чистым и эффективным производственным процессам.
Потенциал термозимов позволяет пересмотреть традиционные подходы к различным технологическим задачам, делая их более энергоэффективными и безопасными. Разнообразие и устойчивость ферментов архей создают благоприятные условия для разработки новых продуктов и оптимизации уже существующих методов производства, помогая компаниям формировать экологичное будущее и добиваться успеха в конкурентной среде.
Источник: indicator.ru
