В Антарктиде есть небольшое озеро, называемое Глубокое озеро, которое настолько соленое, что остается свободным ото льда круглый год, несмотря на температуру до -20°C зимой. Археи, уникальный тип одноклеточных микроорганизмов, процветают в этой сурово холодной среде.
Микробиологи из Сиднейского технологического университета (UTS) Ян Ляо и Иэн Даггин из Австралийского института микробиологии и инфекций изучают, как растут и выживают эти простые древние формы жизни.
«Археи — одна из трех линий жизни, наряду с бактериями и эукариотами (организмами, клетки которых имеют связанное с мембраной ядро, включая растения и животных). Они широко распространены и играют решающую роль в поддержании экосистем Земли», — сказал Ляо.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications и проведенное под руководством Ляо и Джошуа Хамма из Королевского нидерландского института морских исследований, впервые показывает, что некоторые из этих архей ведут себя как паразитические хищники, которые быстро убивают своих хозяев.
«Они менее изучены и поняты, чем другие линии. Однако археи дают подсказки об эволюции жизни на Земле, а также о том, как жизнь может существовать на других планетах. Их уникальная биохимия также имеет многообещающие применения в биотехнологии и биоремедиации. Было обнаружено, что они процветают в очень кислых кипящих горячих источниках, глубоководных гидротермальных источниках при температуре значительно выше 100°C, в гиперсоленых водах, таких как Мертвое море, а также в Антарктиде», - сказал доктор Ляо.
Археи, использованные в исследовании, были собраны из холодного и гиперсоленого озера Дип в Антарктиде профессором Рикардо Кавиккиоли, старшим автором из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, который изначально руководил этим проектом. Ляо и Даггин также путешествовали по розовым соленым озерам Австралии, чтобы собрать археи.
В археях есть группа, называемая DPANN археи, которые намного меньше других архей, с очень маленькими геномами и ограниченными метаболическими возможностями. Исследование показывает, что они зависят от микробов-хозяев, в частности, от других архей, чтобы выжить.
«Это первый случай, когда столь агрессивное поведение было обнаружено у архей. Во многих отношениях эта активность похожа на активность некоторых вирусов. Это заставляет нас пересмотреть их экологическую роль в окружающей среде Антарктики», — сказал Хамм.
Очень мало архей DPANN удалось вырастить в лабораторных условиях, и Ляо и его коллеги разработали новые методы, включая уникальное окрашивание образцов, живую флуоресцентную микроскопию и электронную микроскопию, чтобы визуализировать внутренние части клеток-хозяев и отслеживать взаимодействия между археями DPANN и их хозяевами.
Ляо окрасил хозяина, архею Halorubrum lacusprofundi, и паразитическую архею DPANN Candidatus Nanohaloarchaeum antarcticus, нецитотоксичными красителями, которые светятся разными цветами при воздействии лазерного света.
«Это позволило нам наблюдать за организмами вместе в течение длительного времени и идентифицировать клетки по цвету. Мы увидели, как паразиты DPANN прикрепляются, а затем, по-видимому, перемещаются в клетку-хозяина, что приводит к ее лизису или разрыву», - сказали ученые.
Даггин отметил, что хищники играют важную роль в экосистемах, поскольку, убивая своих хозяев, они не только питаются сами, но и делают остатки клеток хозяина доступными для питания других организмов.
«Это позволяет другим микробам расти и не позволяет организму-хозяину накапливать питательные вещества. Археи DPANN, которых мы исследовали, по-видимому, играют гораздо более значимую роль в экосистемах, чем предполагалось. Паразитический или инфекционный образ жизни этих архей может быть обычным явлением», - добавил он.
Ляо сказал, что будущие исследования направлены на изучение архей для биомедицинских и биотехнологических приложений. Хотя не было обнаружено, что археи вызывают заболевания, они все равно могут влиять на благополучие. Археи также ответственны за выбросы метана скотом, поэтому более глубокие знания об образе жизни архей могут быть полезны для борьбы с изменением климата.
