Обнаружен новый вид магнитотактических бактерий, накапливающих кремний внутри клеток

Эукариоты, например, радиолярии или губки, способны накапливать кремний внутри клеток и формировать из него защитные структуры. Начиная с ранних эпох, этот процесс играл важную роль; он привел к снижению уровня растворенного кремния в океанах.

Долгое время считалось, что участие прокариот в круговороте кремния несущественно. Однако новая работа исследователей из Китайской академии наук и их коллег, опубликованная в Science Advances, предоставила свидетельства, опровергающие эту точку зрения.

Авторы изучили группу магнитотаксических кокков, выделенных из отложений озера Вэйянху (Weiyanghu, WYH), расположенного на северо-западе Китая. Магнитотактические бактерии реагируют на магнитное поле Земли. Для этого в их клетках есть специальный органоид — магнитосома, заполненный кристаллами магнетита, содержащего железо, или грейгита, содержащего серу.

Визуализация посредством электронной микроскопии показала, что клетки микроорганизмов, названных WYHC-5, включали магнитосомы с магнетитом, сгруппированные в цепи. Другие субклеточные структуры морфологически были схожи с карбоксисомами, которые характерны, например, для цианобактерий и участвуют в фиксации углерода. В геноме нового штамма были обнаружены гены, кодирующие ферменты карбоксисом — рубиско и карбоангидразы.

Внутри бактериальных клеток ученые идентифицировали включения двух типов: содержащие серу в качестве основного элемента, а также шарики аморфного кремнезема — диоксида кремния.

Согласно филогенетическому анализу на основе секвенирования 16S рРНК, WYHC-5 может быть новым видом из рода Candidatus Magnetoovum и, соответственно, относится к типу Nitrospirota —кладе, включающей множество ветвей магнитотактических бактерий.

Интересно отметить, что способность к аккумулированию кремния ученые встретили у магнитотактических бактерий из другого типа Proteobacteria. Однако эта способность не является систематическим признаком для магнитотактических прокариот. Авторы продемонстрировали, что бактерии поглощают кремний через мембрану из окружающей среды, и это приводит к отложению элемента в клетках.

Чтобы лучше понять молекулярный механизм этого процесса у WYHC-5, исследователи выявили гены и белки, участвующие в транспорте кремния и осаждении его диоксида у эукариот: диатомовых водорослей, кремнистых губок и высших растений. Затем они проанализировали геном WYHC-5 на наличие соответствующих последовательностей. Оказалось, что в ДНК WYHC-5 присутствует ген, кодирующий очень похожий на силикатеин белок. Силикатеин — белок, который служит органической матрицей и катализатором осаждения кремнезема у губок.

По мнению ученых, подобный процесс жизнедеятельности бактерий может быть частью круговорота кремния в современных условиях. Также он мог иметь значение на начальных этапах развития жизни на Земле и способствовать накоплению биогенных запасов этого химического элемента.