Тайная жизнь микробов: уникальный снимок молекул в глубоководном симбиозе

Выживание мидий на глубине обеспечивают особые симбиотические бактерии, которые живут внутри них. Ученые из Института морской микробиологии им. М. Планка (Бремен, Германия) смогли не только определить отдельные виды этих бактерий, но и выявить метаболиты, которые они вырабатывают. Благодаря этой работе можно будет по-новому подойти к изучению некоторых биологических процессов.

Проблемы изучения

Бактерии изучать достаточно сложно: они очень маленькие, а их среду обитания далеко не всегда можно воссоздать в лабораторных условиях, например, если они живут на большой глубине или в симбиозе с другим живым организмом. Исследуя геном бактерий, ученые пытаются выяснить, на что теоретически способны микробы. Фактически, ученые занимаются изучением так называемого метаболома бактерий: это совокупность всех метаболитов, производимых или потребляемых клетками, в частности, белков, сахаров и жиров.

Ход исследования

Изучением бактерий занималась группа ученых, которую возглавили Бенедикт Гейер и Мануэль Либеке. Они разработали уникальный метод, при помощи которого можно идентифицировать отдельные бактерии и их метаболиты. Новый метод помогает изучать жизнь и способы выживания бактерий как организмов-симбиотов глубоководных мидий. Ученые проводили анализ сотен продуктов метаболизма на площади меньше, чем один квадратный миллиметр. Таким образом, они выясняют, как именно симбиотические организмы взаимодействуют со своим хозяином. Ученые делают снимки бактерий в их естественной среде, в клетке живого организма.

Чтобы проводить свои исследования, ученые делают мгновенную заморозку тканей мидий, которые потом разрезают на очень тонкие пластинки. Затем, используя эти срезы, при помощи специальной методики масс-спектрометрии делают снимки химических соединений в молекулах. Анализ этих фотографий с высоким разрешением помогает определить различные метаболиты. Они предоставляют информацию о том, какие метаболиты бактерии используют для каких целей и как они живут вместе с хозяином мидии.

Правильно проанализировать изображения метаболитов можно только в том случае, если ученые располагают информацией, кто их производит или использует. До этого ученые могли только определять метаболиты, не имея информации о том, какие бактерии участвовали в этих процессах. Для решения этой проблемы была использована еще одна методика, флуоресцентная гибридизация in situ (на месте), или FISH.

Выводы ученых

Для проведения исследования ученые использовали живые организмы, которые обитают в гидротермальных источниках срединно-океанических хребтов, называемых черными курильщиками. В этой горячей, богатой минералами воде животные и бактерии могут выжить только в условиях симбиотического взаимодействия.

Ученые установили, что состав липидов в тканях мидий отличается в зависимости от того, обитают там бактерии или нет. Раньше такая информация была для ученых недоступна. Кроме того, так как этот метод позволяет работать с образцами, которые получают непосредственно из окружающей среды, а не выращивают в лабораториях, он считается весьма информативным и полезным.

В природе все живые организмы, включая людей, постоянно взаимодействуют с самыми разными микроорганизмами, в результате происходит обмен метаболитами. Используя этот метод при анализе других взаимодействий между хозяином и микробом, ученые смогут узнать много нового о жизни микроскопических организмов.