Ученые ежегодно идентифицируют и характеризуют все больше микробов с помощью технологий секвенирования ДНК. По мере упорядочивания каждого нового вида ученые добавляют его к микробному «древу жизни», создавая виртуальную перепись того, что там находится.
Оказывается, это непростая работа.
Для сравнения: ученые не уверены, сколько микробов вообще существует. Оценки варьируются от миллионов до триллионов.
Профессор Университета Делавэра Дженнифер Биддл и Роза Леон-Зайас, которые завершили докторскую работу в UD в начале этого года, недавно описали новые подробности о микробах, известных как Parcubacteria, в статье, опубликованной в журнале Environmental Microbiology.
Паркубактерии были обнаружены в образцах донных отложений, собранных Джеймсом Кэмероном в районе Челленджера Марианской впадины во время экспедиции Deepsea Challenge.
Докторант Леона-Заяса, Дуг Бартлетт из Института океанографии Скриппса, был главным научным сотрудником экспедиции.
«С научной точки зрения, Бездна Челленджера была неоценимой возможностью собрать образцы из самой глубокой части океана», – сказал Леон-Заяс, ведущий автор статьи, ныне доцент Университета Уилламетт.
Ученые традиционно изучали, как работают микробы, выращивая и изучая их в чашках Петри и мензурках.
Только после того, как секвенирование ДНК расширилось, чтобы включить возможность разделения и тестирования микробов, присутствующих в образцах окружающей среды (например, в почве или отложениях), ученые поняли, что они пропустили огромную часть бактерий, которая теперь называется излучением Candidate Phyla (CPR).
Одна группа микробов CPR, называемая Parcubacteria, была обнаружена в грунтовых водах и неглубоких отложениях в нескольких местах на суше, но она была интенсивно изучена только в образцах донных отложений из водоносного горизонта недалеко от Рифла, Колорадо.
Когда Кэмерон собрал образцы донных отложений на дне траншеи, ученые обнаружили, что там также обитает множество различных видов Parcubacteria.
«Нам было интересно узнать, ведут ли микробы, живущие на дне океана, тот же образ жизни, что и микробы, живущие в почвах в Рифле, штат Колорадо», – сказал Биддл, морской микробиолог и доцент Колледжа Земли, океана и Школа окружающей среды морских наук и политики.
Леон-Заяс использовал метод сортировки, чтобы отделить микробные клетки от частиц осадка, чтобы ученые могли амплифицировать и секвенировать ДНК микробов. Затем исследователи охарактеризовали отдельные микробные геномы. Основываясь на генах, которые присутствуют в геноме – участках ДНК, которые определяют, к какому метаболизму способна клетка – ученые могут сделать вывод о том, что делают бактерии.
Это геномное секвенирование показало, что у Parcubacteria из морских глубин довольно простой метаболизм; но геномы были больше, чем у их наземных собратьев, и даже имели несколько дополнительных особенностей. В частности, эти особенности указывали на то, что бактерии могут выполнять анаэробное дыхание, используя для дыхания такие вещества, как нитраты, вместо кислорода.
Паркубактерии, похоже, содержат больше белков и ферментов, связанных с холодом, что неудивительно, поскольку дно Марианской впадины холодное и темное.
"Совершенно очевидно, что организмы на дне океана должны быть более самодостаточными.
Окружающая среда экстремальная, и еды не так много ", – сказал Биддл.
Хотя это открытие добавляет новую ветвь в генеалогическое древо микробов, многие вопросы остаются без ответа.
По словам Биддла, который является частью команды UD, которая недавно получила грант Фонда Кека на глубокое погружение в микробные исследования, секвенирование ДНК открыло огромную новую область микробиологии, которая была неизвестна десять лет назад.
По ее словам, быстрое развитие технологий стало ключом к развитию этой области, от разработки подводных аппаратов, способных транспортировать ученых на дно траншеи, до новых сложных инструментов, таких как проточные цитометры, которые помогают ученым сортировать, упорядочивать и анализировать мельчайшие из них. организмы.
Однако чем больше ученых обнаруживают, тем больше они понимают, что нужно учиться.
«Сейчас это огромная область для открытий», – сказал Биддл.