У антарктических водорослей нашли гены, которые защищают их от замерзания
Американские молекулярные биологи обнаружили гены, которые помогают водорослям из самого сурового региона Антарктики избегать замерзания и гибели. Эти гены управляют производством глицерина – одного из компонентов автомобильного антифриза. Результаты исследования опубликовал научный журнал Frontiers in Plant Science.
"Мы изучаем механизмы, которые помогают микробам выживать в экстремальных условиях. Хламидомонады из озера Бонни идеально подходят для этого, так как они постоянно подвергаются действию окислительного стресса, сверхнизких температур, полярной ночи и высокого уровня соли в воде. Нам удалось впервые показать, что они умеют производить глицерин", – рассказал один из авторов исследования, адъюнкт-профессор Университета штата Невада (США) Джеймс Реймонд.
Как правило, низкие температуры и заморозка убивают клетки практически всех многоклеточных организмов. Это связано с тем, что при снижении температуры в их клетках начинают формироваться кристаллы льда, которые разрывают мембраны клеток, в результате чего те умирают.
Некоторые животные, такие как лягушки или черви, решили эту проблему. Их организм вырабатывает специальные вещества-"антифризы", которые мешают ледяным кристаллам образовываться, помогая таким существам пережить заморозку. Около 20 лет назад ученые создали первые синтетические аналоги подобных антифризов. Они превращают замороженные органы в своеобразное ледяное "стекло".
Многие растения и животные защищаются от заморозки гораздо проще. К примеру, многие насекомые и грибки зимой вырабатывают глицерин, один из компонентов автомобильного антифриза.
Секреты "марсианских" водорослей
Раньше ученые никогда не исследовали, вырабатывают ли глицерин микробы и растения, которые обитают в Заполярье, а также не выясняли, как именно производятся молекулы этого "антифриза". Реймонд и его коллеги заполнили этот пробел, изучая два вида водорослей из рода хламидомонад, которые живут в подледном озере Бонни.
Оно расположено на территории так называемых сухих долин Мак-Мердо в Земле Виктории, для которых характерны почти "марсианский" климат и температура. Озеро заполнено очень густым рассолом.
В последние несколько десятилетий и сухие долины, и само озеро Бонни активно изучают специалисты NASA и биологи, которых интересуют как местные микробы-экстремофилы, так и растения, которые приспособились к жизни в подобных условиях. Среди последних – два вида хламидий, которые научились жить в очень соленой воде озера почти полностью без света во время антарктической зимы.
Реймонд и его коллеги детально изучили структуру генома этих водорослей и сравнили его с устройством ДНК еще одного вида водорослей, Dunaliella salina. Последние используют глицерин совсем для другого – чтобы жить в пересоленых озерах.
В результате ученые выделили в геномах обоих видов водорослей гены (у одного – три, у другого – пять), которые по структуре были похожи на те участки генома Dunaliella salina, которые предположительно отвечают за синтез глицерина. Последующие опыты показали, что эти гены связаны с производством фермента PSP/GPDH. Он превращает соединение ацетона и фосфорной кислоты сначала в фосфат глицерина, а затем в чистый "антифриз".
Что интересно, тех количеств глицерина, которые ученые нашли в клетках водорослей, хватает для того, чтобы спасти их от замерзания, но недостаточно, чтобы защитить их от избытка соли в воде. Поэтому биологи считают, что в геномах этих видов хламидомонад есть и другие цепочки генов, которые помогают им выводить из организма излишки соли и жить в условиях, которые напоминают подледные океаны Энцелада, Европы и других покрытых льдом объектов Солнечной системы,.
"Благодаря подобным открытиям последних лет мы значительно расширили представления о том, где на других небесных телах Солнечной системы может скрываться жизнь. В частносит, речь о планетах, на которых предположительно есть подледные океаны со столь же солеными, темными и холодными водами, как в озере Бонни", – подытожил Реймонд.
