Раскрыт механизм формирования микробных «оазисов» в Марианской впадине

Исследование, инициированное Шанхайским университетом транспорта, Институтом глубоководных наук и инженерии Китайской академии наук и группой Huada и др., — этап II проекта по исследованию окружающей среды и экологии Марианского жёлоба (проект MEER) — недавно было опубликовано в виде специального выпуска в международном научном журнале «Клетки, хозяева и микроорганизмы». Специальный выпуск включает одну обзорную статью и три исследовательские статьи, впервые систематически раскрывающие принципы формирования «зелёных зон» микроорганизмов в сверхглубоководной среде, что знаменует переход исследований глубоководных областей от описания экологической картины к анализу принципов и освоению ресурсов.

Исследовательская группа, опираясь на образцы, собранные с помощью подводного аппарата «Фынтяожэ», выдвинула новую гипотезу о «высоковольтном стимулировании»: сверхвысокое давление в сверхглубоководной среде, превышающее 60 мегапаскалей, не подавляет жизнь, а, наоборот, способствует образованию активного кислорода, разложению органических веществ и ускорению эволюции микроорганизмов. Кроме того, они разработали технологию совместного извлечения нуклеиновых кислот и белков, создав набор данных о специфичных для глубоководной среды белках, содержащий более 135 000 не избыточных активных белков, более 95 % из которых уникальны для глубоководной среды. Исследования показали, что высокое давление в глубоководной среде стимулирует микроорганизмы к использованию трудноразлагаемых органических веществ и нетрадиционных источников энергии (например, сульфидов и тяжёлых металлов), а их метаболические пути существенно отличаются от таковых в верхних слоях океана. Кроме того, двойная экологическая стратегия, включающая умеренные и агрессивные вирусы, регулирует эти высокоактивные микробные сообщества. Анализ рельефа показал, что впадины на глубине в несколько километров являются «скрытыми горячими точками», поддерживающими высокий уровень биомассы и биоразнообразия, что противоречит ранее существовавшему представлению о глубоководных областях как о «конечной точке осадконакопления».

Эти результаты не только расширяют понимание устойчивости и адаптивных механизмов глубоководной жизни, но и открывают значительные возможности для практического использования ресурсов. Исследовательская группа объединила 2138 образцов метагенома из глубоководных районов со всего мира, создав каталог глубоководных генов (DSGC), содержащий 502 миллиона уникальных генов, и предсказав более 2,4 миллиона репрезентативных белковых структур, сформировав крупнейшую в мире базу данных глубоководных генетических ресурсов и белковых структур. Опираясь на эту базу данных, группа идентифицировала 1308 генов-кандидатов глубоководных уникальных протеаз и подтвердила их потенциал применения, предоставив практические рамки для биотехнологических инноваций с использованием генетических ресурсов глубоководного мира и исследования «тёмной материи».