10.01.2014

Цианобактерии посылают своим друзьям питательные посылки

Морские сине-зелёные водоросли отправляют своим товарищам по экосистеме насинтезированные питательные вещества, заключённые в особые пузырьки. Причём эти же пузырьки могут быть не только пересылаемым «пайком», но и обманкой для вирусов, которые атакуют их вместо настоящих цианобактерий.

Можно сказать, что цианобактерии, или сине-зелёные водоросли, стоят у истоков жизни на Земле. Если это и преувеличение, то не слишком большое. Масса морских цианобактерий фиксирует в процессе фотосинтеза углерод и вырабатывает кислород, так что вместе с обычными водорослями цианобактерии в силу их общей многочисленности держат на себе груз всей биосферы. Более того, считается, что в незапамятные времена именно цианобактерии насытили земную атмосферу кислородом, позволив жизни стать такой, какой мы её знаем.

При этом забота об окружающих у цианобактерий может принимать весьма удивительные формы. Как выяснили исследователи из Массачусетского технологического института (США), сине-зелёные водоросли не просто выделяют связанный углерод в окружающую среду, они создают специальные «посылки» с питательными веществами, которые должны найти своих адресатов. Стивен Биллер (Steven Biller) и его коллеги обнаружили, что цианобактерии двух самых распространённых типов, Prochlorococcus и Synechoccocus, в большом количестве формируют пузырьки диаметром примерно 100 нм. Пузырьки эти можно было обнаружить как в лабораторной культуре бактерий, так и в образцах морской воды с сине-зелёными водорослями.

Впрочем, подобные внеклеточные пузырьки-везикулы были открыты в 1967 году, но изучали их всё это время на бактериях, связанных с человеком. То, что такие структуры можно найти в море, да ещё и в изобилии, никто даже не подозревал. По словам авторов, пузырьки цианобактерий настолько многочисленны (группа Prochlorococcus производит в день миллиард миллиарда везикул), что их можно рассматривать как особую форму существования питательных веществ в морских экосистемах.

Однако эти структуры содержат не только питательные вещества и связанный углерод, но ещё и нуклеиновые кислоты. Анализ генетической информации показал, что пузырьки формируются самыми разными цианобактериями. Из лабораторных же экспериментов следует, что пузырьки довольно стабильны, могут жить две недели и более и содержат в совокупности достаточно питательных веществ, чтобы поддерживать существование нефотосинтетических микроорганизмов. То есть цианобактерии таким образом подкармливают своих коллег, которые не могут похвастаться наличием фотосинтетической машины.

Но почему вдруг сине-зелёные водоросли стали рассылать такие питательные посылки, которые могут достигать одной шестой размера клетки-хозяина? Это заставляет думать, что есть обратная услуга, которую получатели оказывают отправителям посылок и что услуга эта весьма велика. По словам авторов работы, тут всё дело в обезвреживании токсинов — сами Prochlorococcus утратили это умение и зависят в этом отношении от своих соседей, которые, в свою очередь, не способны к синтезу. То есть везикулы со связанным углеродом — это что-то вроде платы за детоксикацию среды. Очевидно, такая упаковка «зарплаты» обеспечивает более эффективную её доставку, чем простой выброс питательных веществ в среду.

Что же до ДНК и РНК, которые тоже содержатся в пузырьках, то они могут обеспечивать горизонтальный перенос генов и тем самым поддерживать генетическое разнообразие и общую стабильность популяций цианобактерий и экосистемы в целом. Однако у этих пузырьков есть ещё одна, весьма необычная функция. Электронная микроскопия показала, что на этих везикулах часто сидят бактериофаги. Понятно, что, когда вирус вводит свою ДНК в такую везикулу, никакое размножение ему не светит: пузырёк — это не настоящая бактериальная клетка. То есть фаг попадается на обманку, чучело, и тем самым уменьшается давление фагов на сами цианобактерии.

Впрочем, действительно ли цианобактерии таким образом отвлекают от себя вирусы и как именно другие бактерии получают такие посылки, учёным ещё предстоит выяснить. Совершенно ясно пока одно: эти бактериальные пузырьки весьма многочисленны, поэтому их обязательно нужно учитывать при анализе морских экосистем.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru