Ученые из ОИЯИ совместно с коллегами из ИЯИ РАН выделили из подземных вод в неиспользуемой части штольни Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН новый вид экстремофильных бактерий. Он способен выдерживать высокие концентрации тяжелых металлов и расти, используя в качестве источника углерода C1-соединения. В перспективе этот вид бактерий может быть использован для очистки почв и сточных вод от тяжелых металлов, а также для наработки биомассы на дешевом источнике углерода – метаноле.

Дальний конец неиспользуемой штольни Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. Место отбора проб / © ОИЯИ

В ходе двух экспедиций в Баксанскую нейтринную обсерваторию Института ядерных исследований Российской академии наук (БНО ИЯИ РАН) биологи из Сектора молекулярной генетики клетки Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова Объединенного института ядерных исследований (СМГК ЛЯП ОИЯИ) взяли пробы воды и в замороженном виде привезли образцы в ОИЯИ.

Часть воды, содержащей микроорганизмы, была отдана на химический анализ, а часть перенесена на твердую питательную среду, в результате чего на ней выросли колонии бактерий. Эти бактерии были размножены и использованы для дальнейшего анализа: было произведено полногеномное секвенирование последовательности ДНК бактерии, проведены биохимические и хемотаксономические тесты, оценена её способность расти при высокой концентрации тяжёлых металлов и использовать метанол в качестве источника углерода.

«Мы узнали о горячем источнике в БНО ИЯИ РАН, когда исследовали в специальной низкофоновой лаборатории ИЯИ РАН влияние снижения естественного радиационного фона на модельные организмы, – говорит Кирилл Тарасов, биоинформатик СМГК ЛЯП ОИЯИ. – И задались вопросом, можно ли выделить из этой воды что-то новое, интересное?»

В результате исследования бактерия была отнесена к новому виду Cytobacillus pseudoceanisediminis. В геноме бактерии обнаружено большое количество генов, ответственных за металлорезистентность. Посев на среды, содержащие линейку концентраций четырёх типов металлов: кадмий, цинк, свинец, медь, – позволил определить максимальные концентрации этих металлов, при которых бактерия способна жить. Оказалось, что бактерия стоит в ряду самых устойчивых к воздействию свинца микроорганизмов, которые известны на сегодняшний день. Помимо этого, в геноме были обнаружены гены ферментов, ответственных за использование в метаболизме С1-соединений. Довольно необычно, что у бактерии имеются сразу два пути ассимиляции углерода из С1-соединений. Чаще всего у метилотрофов имеется какой-то один путь. Данная черта может быть полезна для «более тонкой настройки» биохимических путей продуцента на основе этой бактерии генноинженерными методами. Способность расти при значительных концентрациях метанола также была показана в ходе этого исследования.

Фото одной из эндемичных бактерий, выделенной из экстремофильного микробного сообщества БНО ИЯИ РАН / © ОИЯИ

«Это далеко не единственная бактерия, которая обитает в подземном источнике БНО ИЯИ РАН. Мы идентифицировали в пробах и другие интересные новые микроорганизмы, исследование метагенома которых позволит описать все это экстремофильное сообщество», – говорит начальник СМГК ЛЯП кандидат биологических наук Елена Владимировна Кравченко.

В дальнейшем ученые планируют более детально изучить возможность очистки воды и почв от тяжёлых металлов с помощью уже выделенной бактерии.

Экстремофилы – организмы, живущие при сильно отличающихся от стандартных в понимании человека условий, – всегда интересовали ученых, поскольку обладают уникальными системами адаптации к экстремальной среде обитания.

Изучение таких систем помогает понять законы эволюции, а также обеспечить биотехнологическое производство необходимыми ферментами, которые способны работать в различных условиях. Термоустойчивые ферменты, выделенные из бактерий-обитателей горячих источников, в настоящее время широко используются в молекулярной биологии и медицине, например при постановке ПЦР (полимеразной цепной реакции). Также экстремофилы являются модельными объектами для астробиологии: ученые ищут на Земле условия, похожие на инопланетные, и изучают живущие в них организмы, чтобы понять, как могла бы быть устроена жизнь на других планетах.

Именно поэтому ученые из ОИЯИ, работая в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН над совершенно другим экспериментом, решили взять пробы воды из соленого источника, находящегося на глубине 1700 метров под горой Андырчи, и определить, есть ли в нем живые организмы и, если да, какими механизмами адаптации они обладают.

«Уникальная подземная инфраструктура БНО ИЯИ РАН, созданная для решения задач физики элементарных частиц, нейтринной физики и астрофизики, позволяет проводить исследования и в междисциплинарных областях науки, таких как геофизика, геология, радиогенетика и экология. Некоторые участки подземных сооружений БНО ИЯИ РАН являются ареалом уникальных микроорганизмов – экстремофилов», – прокомментировал результаты работы заместитель заведующего по научной работе БНО ИЯИ РАН, кандидат физико-математических наук Альберт Мусаевич Гангапшев.

Фото с участниками экспедиции. Слева направо: Гангапшев Альберт (БНО ИЯИ РАН), Зарубин Михаил, Тарасов Кирилл, Кравченко Елена (СМГК ЛЯП ОИЯИ ) / © ОИЯИ

Результаты исследований опубликованы в Current Microbiology).