Новости

В новом исследовании ученые обнаружили, что фаги, заражающие микробы, способствуют изменению климата, играя ключевую роль в круговороте метана, мощного парникового газа, в окружающей среде.    Проанализировав около 1000 наборов данных метагеномных ДНК из 15 различных сред обитания - от озер до желудка коровы, исследователи обнаружили, что микробные вирусы несут в себе специальные генетические элементы для контроля процессов метанообразования, называемые вспомогательными метаболическими генами (auxiliary metabolic genes - AMG). В зависимости от места обитания организмов количество этих генов может меняться, что позволяет предположить, что потенциальное воздействие вирусов на окружающую среду также зависит от среды их обитания.    По словам ЖиПин Чжуна, ведущего автора исследования, опубликованного в журнале Nature Communications,  научного сотрудника Центра полярных и климатических исследований при Университете штата Огайо, это открытие добавляет важную часть к лучшему пониманию того, как метан взаимодействует и перемещается в различных экосистемах. "Важно понять, как микроорганизмы стимулируют процессы, связанные с метаном", - говорит Чжун. "Вклад микроорганизмов в процессы метаболизма метана изучается уже несколько десятилетий, но исследования в области вирусов все еще остаются недостаточно изученными, и мы хотим узнать больше".    Вирусы способствовали развитию всех экологических, биогеохимических и эволюционных процессов на Земле, но лишь сравнительно недавно ученые начали изучать их связь с изменением климата. Например, метан является вторым по величине фактором выброса парниковых газов после углекислого газа, но в основном производится археями. "Вирусы - самые распространенные биологические организмы на Земле", - говорит Чжун. "В данном исследовании мы расширили наши знания об их воздействии, добавив к длинному списку метаболических генов, кодируемых вирусами, гены круговорота метана. Наша исследовательская группа попыталась ответить на вопрос о том, какой частью "микробного метаболизма" на самом деле манипулируют вирусы в процессе инфицирования".    Хотя жизненно важная роль микробов в ускорении атмосферного потепления сегодня хорошо известна, мало что известно о том, как гены, связанные с метаболизмом метана, кодируемые вирусами, которые заражают эти микробы, влияют на выработку ими метана, говорит Чжун. Для решения этой задачи Чжун и его коллеги потратили почти десять лет на сбор и анализ образцов микробной и вирусной ДНК из уникальных микробных резервуаров.    Одним из наиболее важных мест, выбранных специалистами для исследования, является озеро Врана, входящее в состав охраняемого природного заповедника в Хорватии. В осадке озера, богатом метаном, исследователи обнаружили множество микробных генов, влияющих на производство и окисление метана. Кроме того, они обнаружили разнообразные вирусные сообщества и выявили 13 типов AMG, которые помогают регулировать метаболизм своих хозяев. Несмотря на это, нет никаких доказательств того, что эти вирусы непосредственно кодируют гены метаболизма метана, что позволяет предположить, что потенциальное влияние вирусов на круговорот метана зависит от среды их обитания, отметил Чжун.    В целом, исследование показало, что большее количество AMG метаболизма метана чаще всего обнаруживается в средах, связанных с хозяином, например, в желудке коровы, в то время как меньше таких генов было найдено в средах обитания, например, в осадках озер. Поскольку коровы и другой домашний скот также являются причиной около 40% глобальных выбросов метана в атмосферу, исследование позволяет предположить, что сложные взаимоотношения между вирусами, животными и окружающей средой в целом могут быть более тесно связаны, чем считали ученые ранее. "Эти результаты свидетельствуют о том, что глобальное воздействие вирусов недооценивается и заслуживает более пристального внимания", - считает Чжун.    Хотя пока неясно, могла ли деятельность человека повлиять на эволюцию этих вирусов, авторы работы надеются, что новые сведения, полученные в результате исследования, повысят осведомленность о способности инфекционных агентов заселять все живое на Земле. По словам Чжуна необходимо проводить дальнейшие эксперименты, чтобы лучше понять роль бактериофагов в круговорот метана на Земле, особенно в то время, когда ученые ищут способы уменьшить выбросы метана, вызванные микроорганизмами. "Эта работа - первый шаг к пониманию вирусных причин изменения климата", - сказал он. "Нам еще многое предстоит узнать".

Энтерококки - кишечные микробы большинства наземных животных.     Вероятно, впервые появившись в кишечнике членистоногих, когда они перебрались на сушу, энтерококки диверсифицировались в течение сотен миллионов лет, приспосабливаясь к эволюционирующим хозяевам и их рациону. В настоящее время известно более 60 видов энтерококков. Два вида, Enterococcus faecalis и Enterococcus faecium, являются распространенными компонентами микробиома человека. Они также являются ведущими причинами госпитальных инфекций с множественной лекарственной резистентностью.     Основа ассоциации энтерококков с хозяином неизвестна. Чтобы начать выявление признаков, определяющих ассоциацию хозяев, мы изучили 886 штаммов энтерококков из самых разных мест обитания, экологии и географических зон. В результате было выявлено 18 ранее не описанных видов, что расширило разнообразие рода на >25%. Эти виды несут в себе разнообразные гены, включая токсины и системы детоксикации и приобретения ресурсов. Enterococcus faecalis и E. faecium были выделены из различных хозяев, что подчеркивает их универсальные свойства. Большинство других видов имели более ограниченное распространение, что свидетельствует о специализированной ассоциации с хозяевами.     Расширение видового разнообразия позволило рассмотреть филогению рода Enterococcus с беспрецедентным разрешением, что дало возможность выявить признаки, различающие четыре глубоко укоренившихся клада, и сопоставить с филогенией гены, связанные с расширением ареала, такие как биосинтез витамина В и жгутиковая подвижность. Эта работа дает возможность получить глубокое представление о роде Enterococcus, включая понимание его эволюции, потенциальных новых угроз для здоровья человека и вероятных мест обнаружения дополнительного разнообразия энтерококков.    Энтерококки - необычайно выносливые и устойчивые в окружающей среде микробы. Эта необычная жизнестойкость, по-видимому, способствовала их распространению среди членистоногих, а затем и четвероногих, когда животные начали колонизировать сушу, а теперь способствует распространению резистентных к антибиотикам энтерококков в медицинских учреждениях. Вероятно, благодаря своему появлению на заре наземной жизни, энтерококки являются одними из наиболее распространенных представителей микробиома кишечника у наземных животных - от беспозвоночных до человека. Их встречаемость у животных, сильно различающихся по физиологии кишечника, рациону питания и социальным привычкам, дает уникальную возможность изучить, как разнообразный жизненный цикл хозяина влияет на состав микробиома.    Первые исследования, проведенные в 1960-х и 1970-х годах Мундтом и его коллегами, позволили получить первые доказательства широкого распространения энтерококков среди различных хозяев, включая млекопитающих и птиц, насекомых и животных, обитающих в окружающей среде. Однако в то время род Enterococcus еще не был признан отличающимся от рода Streptococcus и был разделен на виды с низким разрешением с помощью небольшого числа метаболических тестов. Хотя было обнаружено разнообразие энтерококков, неспособность точно оценить видовые и штаммовые различия ограничивала возможность связать четко определенные виды энтерококков с конкретными хозяевами. В настоящее время геномика предоставляет инструмент высокого разрешения, позволяющий выявлять различия между видами микробов из разных хозяев и количественно оценивать степень их дивергенции.    Целью настоящего исследования было широкомасштабное обследование Земли на наличие энтерококков из различных хозяев, географических зон и сред, чтобы получить первое приближение к разнообразию видов на планете и сравнить содержание и степень дивергенции их геномов для достижения более широкой цели - понимания механизмов, определяющих ассоциацию с определенными хозяевами. Для достижения этих целей были собраны и таксономически идентифицированы на уровне последовательностей ДНК 430 энтерококков из 381 образца животных, а также 456 энтерококков, выделенных авторами из различных источников, что позволило создать коллекцию из 886 изолятов. Геномы штаммов, демонстрирующих разнообразие последовательностей, позволяющее предположить их отдаленное родство с какими-либо известными видами, были затем полностью секвенированы. Это позволило выявить 18 ранее не описанных видов Enterococcus и 1 новый вид предков, относящихся к роду Vagococcus.     Наше исследование выявило важную генетическую новизну у различных энтерококков, включая множество генов с неизвестной функцией, которые еще предстоит изучить. Среди этих генов мы ранее сообщали об идентификации совершенно нового класса токсина ботулинического типа, кодируемого плазмидой, которая была обнаружена у E. faecium, выделенного из кишечника коровы, а также нового класса порообразующих токсинов, отдаленно связанных с дельта-токсинами клостридий, в штаммах E. faecalis, E. faecium и E. hirae, выделенных от домашних животных, трех наиболее часто встречающихся в данном исследовании представителей общего вида, что имеет значение для здоровья человека. Расширение этого поиска в настоящее время более обоснованным и направленным образом прояснит масштабы генетического разнообразия энтерококков и потенциальные источники и пути передачи генов резистентности к антибиотикам, обеспечивая понимание  основы ассоциации хозяев с этим важным классом микроорганизмов.    Данное исследование выявило новые особенности, связанные с распространением видов, и свидетельствует о том, что огромное генетическое разнообразие Enterococcus еще предстоит изучить.