Метагеномное исследование выявило уникальную переходную экосистему в подземном источнике Баксанской нейтринной обсерватории
Глубокая подземная биосфера, чья биомасса оценивается в $12–20\%$ от общемировой, что сопоставимо с биомассой всех лесов или морских экосистем, остаётся одной из наименее изученных экосистем на Земле. Она населена в основном микроорганизмами – бактериями и археями, подавляющее большинство которых (более $99\%$) не удается культивировать в лаборатории, поэтому ученые образно называют её «тёмной материей биологической вселенной». Каждое новое исследование таких экосистем, особенно формирующихся на границе бескислородной и кислородсодержащей среды, вносит важный вклад в понимание биогеохимических процессов, протекающих в литосфере.
Учеными СМГК ЛЯП ОИЯИ и БНО ИЯИ РАН выполнена работа на уникальном объекте — гидротермальном подземном источнике, расположенном в дальней неиспользуемой части тоннеля Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) (п. Нейтрино, Кабардино-Балкария). Источник образовался на глубине около 2 км в месте контакта глубинных анаэробных вод, насыщенных вулканическими газами из периферической магматической камеры Эльбруса, с атмосферным воздухом. Для изучения микробного сообщества источника было использовано метагеномное секвенирование. В отличие от традиционных микробиологических методов, требующих культивирования микроорганизмов в лаборатории (что для подавляющего большинства природных сообществ невозможно), этот подход позволяет изучить генетический материал всех организмов непосредственно в образце, отобранном на месте исследования.
С помощью метагеномного секвенирования биоплёнки, обнаруженной в источнике, были получены 19 метагеномно-ассоциированных геномов, принадлежащих к различным группам бактерий. По результатам реконструкции метаболических путей было показано, что микробное сообщество источника БНО демонстрирует высокое метаболическое разнообразие, ключевые процессы которого связаны с трансформацией соединений, поступающих из магматической камеры - в сообществе доминируют организмы, способные использовать энергию окисления водорода, метана, аммиака и двухвалентного железа. Также в биоплёнке присутствуют как аэробные организмы, так и группы бактерий, осуществляющие анаэробные процессы, что указывает на существование зон с доступом и без доступа кислорода. Интересно, что в составе бактериального сообщества обнаружены хищные цианобактерии, питающиеся другими бактериями. Сравнительный анализ с метагеномами сообществ из глубоких гранитных массивов (анаэробные условия) и карстовых пещер (аэробные условия) показал, что сообщество источника БНО является уникальным за счет специфических геохимических условий (постоянный поток восстановленных субстратов вулканического происхождения + доступ O₂ + нейтральный pH воды источника).
В этом исследовании впервые охарактеризована структура и функционирование микробного сообщества на границе глубокой подземной и начинающейся поверхностной биосферы.
«Полученные данные описывают новый тип биологического сообщества и предлагают модель для изучения микробной колонизации в переходных зонах, где сталкиваются обитатели двух разных экосистем», – говорит начальник Сектора молекулярной генетики клетки ЛЯП ОИЯИ, кандидат биологических наук Елена Владимировна Кравченко.
На основе классификации метагеномно-собранных геномов было идентифицировано шесть новых родов бактерий, для которых предложены кандидатные названия: Candidatus Neutrinobacter, Candidatus Jinrextremum, Candidatus Inralta, Candidatus Jinrbaksania, Candidatus Neutrinellum, Candidatus Inrsubterrania. Этимология названий отражает место проведения исследований (п. Нейтрино, Баксанская нейтринная обсерватория) и названия институтов, принимавших участие в работе, в сочетании с ключевыми характеристиками среды обитания изучаемого микробного сообщества.
Исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект № 24-24-00003).
Статья: https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.02103-25
Новости науки
