Благодаря симбиозу с бактериями инфузории научились дышать нитратами

На глубине швейцарского Цугского озера биологи обнаружили пример необычного симбиоза эукариотических и бактериальных клеток. Их союз напоминает события незапамятного прошлого, в результате которых эукариоты получили органеллы, вырабатывающие энергию за счет кислородного дыхания, митохондрии. Однако в этом случае бактерия позволяет своим «хозяевам» дышать не кислородом, а нитратами. Йон Граф (Jon Graf) и его коллеги назвали ее Candidatus Azoamicus ciliaticola — «азотный помощник, живущий в инфузориях». Ученые описывают эти необычные межвидовые отношения в статье, опубликованной в журнале Nature.

Вода Цугского озера в предгорьях Альп почти неподвижна и резко стратифицирована. На большой глубине кислорода в ней практически не остается, и местные организмы полагаются на другие соединения. Ученые проанализировали их ДНК, которые удалось обнаружить в образце, забранной с глубины 190 метров. Среди них идентифицировали вид бактерий, имеющий все гены, необходимые для синтеза денитрифицирующих белков. Денитрификация — способ бескислородного (анаэробного) дыхания, в процессе которого нитраты восстанавливаются до нитритов.

При этом остальных генов у странных микробов явно недоставало, и трудно было бы представить, как они смогли бы выжить. Скромные размеры их ДНК напоминали о геномах паразитических или симбиотических организмов. Поэтому биологи начали поиск этих хозяев. Ими оказались реснитчатые инфузории-плагиопилиды: по словам ученых, в этих крупных эукариотических клетках бактерии играют ту же роль, что и митохондрии, вырабатывая энергию в форме молекул АТФ и получая взамен все, что необходимо для жизни. Сохраниться в тех же условиях самостоятельно они бы не смогли.

Симбиоз бактерий с эукариотами далеко не новость. Тем не менее такой союз уникален. Крайне редко встречаются варианты, при которых прокариоты напрямую снабжают хозяина готовыми молекулами АТФ: редко их геном деградирует до состояния, не позволяющего выживать вне чужой клетки, а уж пример с денитрифицирующим дыханием оказался вовсе уникальным. Стоит вспомнить, что подобный процесс, как считается, около 1,5 миллиарда лет назад привел к превращению симбиотических (аэробно дышавших) прокариотических клеток в митохондрии, навечно оставшихся в клетках хозяев.