Плазмиды и мир вокруг нас

Когда вы слышите о биологических процессах, которые влияют на климат и окружающую среду, таких как фиксация углерода или рециркуляция азота, их легко представить как абстрактные и непостижимо масштабные явления. И все же части этих общепланетных процессов на самом деле обусловлены ощутимыми действиями организмов на всех уровнях жизни, начиная с самых маленьких: микроорганизмов, живущих в воздухе, почве и воде.

Итак, если вы хотите понять, как экосистема - будь то тропический лес, сельскохозяйственная зона или водораздел - будет жить в условиях естественных и антропогенных изменений, вам необходимо понять, какие микроорганизмы существуют в этом сообществе. Но как оценить роль, которую играют различные группы существ, если их невозможно увидеть без микроскопа?

Лучший способ сделать это - посмотреть на их гены, и исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) разработали новую технику анализа ДНК, которая обнаруживает очень интересный и ранее трудный для изучения аспект микробного сообщества - геном.

Как описано в журнале mBio, команда под руководством Аиндрилы Мухопадай (Aindrila Mukhopadhyay) оптимизировала существующие методы для выделения плазмид - небольших частей ДНК, которые позволяют микроорганизмам, таким как бактерии, быстро приобретать и обмениваться генами. Часто эти молекулы ДНК, которые отделены от хромосом, кодируют функции, которые могут дать преимущество выживания в определенных условиях.

«Если вы хотите узнать о сообществе микробов, то особое внимание стоит уделить их плазмидам. Это позволит получить представление об их возможностях.», - сказала Мухопадхьяй, старший ученый из лаборатории биологических систем и инженерного отдела в Беркли. Поскольку коллекция микробного сообщества генов на основе плазмиды, изменяется в ответ на эволюционное давление гораздо быстрее, чем хромосомные гены, рассмотрение этого объединенного пула генетической информации помогает ученым создать яркую картину окружающей среды в конкретный промижуток времени.

«Изучать плазмиды - это все равно, что заглядывать в чей-то рюкзак, чтобы понять, что они держат под рукой, чтобы использовать или, возможно, поделиться с другим человеком», - уточнил Мухопадхьяй. «Скажем, вы загляните внутрь и нашли зонт. Может быть, в это время дождь не идет, но наличие зонта помогает определить, что время от времени он все-таки бывает».

Однако существующие методы секвенирования и анализа ДНК затрудняют отделение плазмидома от обширной библиотеки хромосомного генетического кода, присутствующего в образце микробиома. Чтобы облегчить эту задачу, команда разработала метод обнаружения плазмид разных размеров в бактериальных сообществах различной плотности, особенно в средах с очень низкой плотностью, таких как подземные воды.

Исследователи были заинтригованы, обнаружив, что эти образцы содержали сотни плазмид, некоторые из которых были самыми большими зарегистрированными плазмидами. Кроме того, они обнаружили, что, хотя типы и численность бактерий значительно колебались в пробах подземных вод, плазмиды часто были похожими. Интересно, что плазмиды, обнаруженные с самой высокой частотой среди образцов, имеют гены устойчивости к ртути, но в исследуемых подземных водах не было обнаружено никакого присудствия ртути. Присутствие этих генов демонстрирует историю этого места и показывает, что его микроскопические обитатели готовы к появлению ртути.