Бактерии представляют собой одни из самых разнообразных и древних форм жизни на нашей планете. Однако наши знания о них базируются преимущественно на исследованиях ограниченного числа видов, изучение которых зачастую связано с их влиянием на здоровье человека.
Джоэл Холлгрен, ведущий автор нового исследования, отмечает: «Огромное количество бактериальных видов остается неизученным, что существенно ограничивает наше понимание их роли в формировании экосистем и их эволюционного приспособления к различным средам».
Большинство бактерий размножаются посредством простого симметричного деления клеток. Исключением является группа Caulobacterales, отличающаяся своим «стебельчатым» внешним видом. Они обладают более сложным жизненным циклом, включающим асимметричное деление, приводящее к образованию двух различных типов клеток: подвижных и исследовательских, а также сидячих и репродуктивных. Причины такой сложной стратегии долгое время оставались загадкой. Caulobacterales широко распространены в природе и играют важную роль в разложении растительного материала, однако их экология и эволюция изучены недостаточно.
Ученые из Стокгольмского университета провели анализ ДНК всех известных видов Caulobacterales, включая образцы, полученные из озер Швеции и Финляндии. Они обнаружили, что у некоторых пресноводных видов отсутствует более сотни генов, обычно связанных со сложным жизненным циклом. Эти бактерии представляют собой три новых вида в ранее неизвестном роде, названном Acaudatibacter, что означает «бактерия без хвоста».
Интересно, что у почвенного представителя Caulobacterales из Эквадора также отсутствовал аналогичный набор генов, и, как показали микроскопические исследования, он размножается простым делением. Эта независимая потеря сложности позволяет понять, какие гены необходимы для сложных жизненных циклов бактерий.
«Удивительно наблюдать, как эволюция неоднократно обращала сложность жизненного цикла вспять, используя один и тот же механизм, – комментирует Холлгрен. – Это предоставляет нам уникальную генетическую картину того, как сложность возникает и исчезает в эволюции бактериальных жизненных циклов».
Еще одним неожиданным открытием стало наличие у шведских озерных бактерий генов, необходимых для фотосинтеза, что ранее не наблюдалось у Caulobacterales. Это подчеркивает более широкое распространение фотосинтеза среди бактерий, чем считалось ранее. Анализ показал, что около 10% видов в этой группе несут гены для сбора световой энергии.
"Здорово, что новые виды бактерий из моей страны открывают перед нами новые направления в изучении фундаментальных концепций микробиологии", - говорит Халлгрен.
Исследование стало результатом сотрудничества исследовательских групп Стокгольмского университета, базировавшихся в SciLifeLab.
«В этом проекте объединились знания моей лаборатории в области клеточной биологии и генетики бактерий с глубоким пониманием геномики и экологии микроорганизмов, предоставленным группой Сарахи Гарсии, – говорит Кристина Йонас. – Наше сотрудничество и гибкое финансирование от SciLifeLab позволили нам исследовать это новое направление».
Изображение: Джоэл Холлгрен / eurekalert.org
