Набор для выживания бактерий в почве

Почвы – одно из самых разнообразных мест обитания на планете. В одном грамме содержится более тысячи видов микробов, которые существенно влияют на многочисленные экологические процессы. Однако считается, что большинство этих организмов находятся в состоянии «покоя» из-за стресса окружающей среды, например, в условиях недостатка питательных веществ.




Международная группа ученых под руководством Дагмар Вёбкен и Стефани А. Эйхорст из Венского университета исследовала, как ацидобактерии, широко распространенные в почвах, могут выжить в неблагоприятных условиях. Эти стратегии выживания описаны в двух недавних исследованиях, опубликованных в журналах ISME Journal и mSystems.

Условия жизни, с которыми встречаются микроорганизмы в почвах, непредсказуемы и сложны. Питательных веществ и кислорода часто не хватает на длительное время. Ацидобактериям удается противостоять этим экстремальным условиям. Они встречаются в удивительном разнообразии почв по всему миру. «Поскольку они настолько широко распространены, мы предполагаем, что ацидобактерии играют центральную роль для микробного сообщества и, следовательно, также для экологического баланса в почвах», – объясняет Стефани А. Эйхорст, микробиолог из Центра микробиологии и науки о системах окружающей среды (CMESS) в Венский университет. В рамках многолетнего исследовательского проекта команда Эйхорст и ее коллеги Дагмар Вёбкен при поддержке международных коллег изучала стратегии успеха этих почвенных микробов.

Ацидобактерии вдыхают небольшое количество кислорода неожиданными ферментами

В их последнем исследовании, опубликованном в mSystems, исследователи показывают, что ацидобактерии на удивление эффективно извлекают энергию из кислорода. В ходе экспериментов микробиологи из университетов Вены, Кадиса (Испания) и Орхуса (Дания) и из Joint Microbiome Facility – совместного предприятия Венского университета и Венского медицинского университета – смогли продемонстрировать, что почва бактерии могут использовать так называемые терминальные оксидазы с низким сродством, чтобы «дышать» наименьшим количеством кислорода. Терминальные оксидазы используются для выработки энергии, которая может быть как ферментов с низким сродством (с использованием более высоких концентраций O2), так и с ферментами с высоким сродством (с использованием низких концентраций O2). «До сих пор считалось, что микроорганизмы нуждаются в ферментах с высоким сродством к кислороду, чтобы иметь возможность дышать в среде с самым низким содержанием кислорода», – сказала Даниэла Троян. Первый автор исследования, сообщает. «Напротив, наши эксперименты неожиданно показали, что они также могут использовать для этой цели ферменты с низким сродством». Поскольку среды обитания с низким содержанием кислорода широко распространены на Земле, эти результаты имеют значение для других систем.

Ацидобактерии поглощают атмосферный водород, чтобы выжить в периоды голодания

Исследователи уже расшифровали вторую стратегию выживания этих успешных почвенных бактерий. Предыдущий анализ – опубликован в The ISME Journal.- исследовали способность Acidobacteria окислять дигидроген (H2), атмосферный газ, в чрезвычайно низких концентрациях. «Это механизм, который можно использовать для выработки энергии, чтобы выжить в периоды ограничения углерода, то есть при нехватке питательных веществ», – объясняет Дагмар Вёбкен, которая в проекте, финансируемом Европейским исследовательским советом, фокусируется на стратегиях выживания почвенных микроорганизмов. Удивительно, но оказалось, что представители ацидобактерий – вторая по численности группа микроорганизмов, обладающих этой способностью в разных почвах, – ключевой вывод этого исследования. В сотрудничестве с другими учеными из Венского университета и Университета Монаша (Австралия) исследователи смогли подтвердить это открытие с помощью штаммов ацидобактерий в лаборатории. «Наши данные подтверждают растущее число свидетельств того, что следовые газы, такие как водород,

Комбинирование различных методов для более полного представления и новых идей

В обоих исследованиях исследовательская группа использовала амбициозную комбинацию нескольких подходов для изучения разнообразной, но сложной среды – почвы и репрезентативных организмов из почвы. При этом они смогли получить более четкое представление о гибкости и механизмах использования почвенных микроорганизмов для выживания в стрессовых условиях. «При использовании только одного подхода наши выводы были бы разными. Скорее, комбинация этих подходов, доступная как здесь, в университете, так и с нашими партнерами по сотрудничеству, позволила нам выйти за рамки наших предположений», – говорит Эйхорст. «В частности, мы обнаружили, что ацидобактерии могут использовать ферменты с низким сродством для дыхания при низком уровне кислорода, что было удивительно, поскольку это отклоняется от того, что читают в учебниках», – рассказывает Воебкен. Как таковой, оба выступают за объединение молекулярных анализов с классической микробиологией для решения исследовательских вопросов. Таким образом, можно еще глубже изучить образ жизни почвенных бактерий; и с этими знаниями можно понять, как поддерживается биоразнообразие микроорганизмов в почве.

Даниэла Троян, Эмилио Гарсиа-Робледо, Димитри В. Мейер, Бела Хаусманн, Нильс Петер Ревсбех, Стефани А. Эйхорст, Дагмар Вёбкен. Микроаэробный образ жизни при наномолярных концентрациях O 2, опосредованный терминальными оксидазами с низким сродством в большом количестве почвенных бактерий. mSystems, 2021 год; DOI: 10.1128 / mSystems.00250-21
Эндрю Т. Жигер, Стефани А. Эйхорст, Димитри В. Мейер, Крейг В. Гербольд, Андреас Рихтер, Крис Гриннинг, Дагмар Вёбкен. Acidobacteria являются активными и обильными членами разнообразного атмосферного H 2 -oxidizing сообщества, обнаруженными в умеренных почвах. Журнал ISME, 2020; 15 (2): 363 DOI: 10.1038 / s41396-020-00750-8