Глубоководный червь борется ядом с ядом

Черви рода Paralvinella обитают вблизи гидротермальных источников, которые находятся на глубине более 1 км. Эти организмы способны выживать при повышенных температурах, а также при высоком содержании сероводорода и тяжелых металлов, например, мышьяка. Исследователи из Китая предположили, что черви Paralvinella hessleri могут нейтрализовать токсичные вещества, такие как мышьяк и сульфиды, способствуя их взаимодействию друг с другом.

P. hessleri способен накапливать огромные количества мышьяка — до 10 мг/г тела, или 1% массы тела червя, то есть примерно на порядок больше, чем другие организмы, способные накапливать мышьяк. Вместе с тем в воде вблизи гидротермальных источников, где обитает этот червь, концентрации сульфида превышают 1 мМ. Также примечательно, что в отличие от других глубоководных обитателей, которые либо не имеют яркой окраски, либо окрашены в оранжево-красные тона из-за гемоглобина, червь P. hessleri отличается яркой желтой окраской.

Как выяснили исследователи, такая окраска объясняется тем, что в эпителиальных клетках этого червя содержатся ярко-желтые гранулы. Элементный анализ показал, что они по большей части состоят из аурипигмента — сульфида мышьяка (As₂S₃). С помощью электронной микроскопии ученые также продемонстрировали, что гранулы окружены мембранным бислоем. Это исследователи приняли за доказательство того, что в организме P. hessleri происходит биоминерализация мышьяка и сульфида, которые червь накапливает в своем теле.

Далее ученые провели протеомный и геномный анализ червя и его гранул. Они предположили, что MRP — белок, ассоциированный со множественной лекарственной устойчивостью, АТФ-связывающий мембранный транспортер — участвует в транспорте мышьяка в клетку. Действительно, этот белок активно экспрессировался в мембране эпителиальных клеток, а также в мембране вокруг ярко-желтых гранул. И протеомный, и геномный анализы заставили исследователей обратить внимание на внутриклеточные гемоглобины iHem-1 и iHem-2, которые могут быть связаны с газообменом. Они оба присутствуют в протеоме желтых гранул. Паттерны экспрессии обоих гемоглобинов позволяют предположить их участие в транспорте сульфида для биоминерализации аурипигмента.

На основе полученных данных ученые выдвинули гипотезу о том, что червь P. hessleri борется ядом с ядом: мышьяк накапливается в клетках эпителия, транспортируясь в них через MRP в составе вакуолей. Сероводород свободно диффундирует в те же клетки, взаимодействует с внутриклеточным гемоглобином, который облегчает его транспорт во внутриклеточные вакуоли. В результате эти вещества взаимодействуют и образуют аурипигмент. Аурипигмент ранее широко применяли как минеральный пигмент в живописи, но постепенно от него отказались из-за токсичности. Также при соединении со свинцовыми белилами аурипигмент образует вещество черного цвета, а на свету при свободном доступе воздуха бледнеет и выцветает.

Подтвердить предложенный механизм ученым не удалось, так как содержать червей P. hessleri в лабораторных условиях пока что невозможно, соответственно, невозможно провести эксперименте с утратой функций тех или иных генов. Однако исследователи предположили, что если такой процесс биоминерализации происходит в этих червях, то им могут пользоваться и другие организмы, живущие в схожих «вредных» и экстремальных ареалах.

Найдены археи, разлагающие алканы нефти при высоких температурах без кислорода