Ученые из Института морской микробиологии Макса Планка и Центра исследований морской среды при Бременском университете (Германия) определили в микроводорослях полисахарид, который не уничтожается бактериями и может поглощать углерод, сообщает пресс-служба Института морской микробиологии Макса Планка. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
В океане есть организмы, которые поглощают углерод – это фитопланктон, одноклеточные микроводороси, такие как диатомовые водоросли. Как и наземные растения, фитопланктон связывает углерод из атмосферного углекислого газа. Когда клетки водорослей объединяются, они тонут и уносят с собой поглощенный углерод на дно океана. На этот так называемый биологический «углеродный насос» приходится около 70% годового глобального экспорта углерода в глубины океана. По оценкам экспертов, от 25 до 40% углекислого газа от сжигания ископаемого топлива, выбрасываемого людьми, бактерии могли бы перенести на глубину более 1000 метров, где может храниться углерод.
Но как и почему микробактерии уносят с собой на дно углерод? Исследователи выяснили, как этот процесс работает на молекулярном уровне.
Они рассмотрели в этом контексте морские полисахариды, которые производятся микроводорослями. Эти морские сахара очень сильно различаются на структурном уровне и относятся к наиболее сложным биомолекулам, встречающимся в природе. Одна-единственная бактерия не способна переработать эту сложную сахарную смесь. Следовательно, необходим целый набор метаболических путей и ферментов. В природе это достигается благодаря сообществу различных бактерий, которые очень эффективно работают вместе. Это бактериальное сообщество работает настолько хорошо, что большая часть сахаров микроводорослей разлагается, прежде чем они объединятся и начнут опускаться. Поэтому большое количество изолированного углерода выбрасывается обратно в атмосферу.
Тем не менее, есть один полисахарид, который бактерии не могут разрушить. Это фукозосодержащий сульфатный полисахарид (сокращенно FCSP). Вероятно, именно он является главным поглотителем углерода.
Ученые выяснили, что этот устойчивый к микробам сахар образует частицы. Во время роста и после смерти одноклеточные диатомеи выделяют большое количество неизвестных липких длинноцепочечных сахаров. С увеличением концентрации эти сахарные цепи слипаются и образуют молекулярные сети. К этим маленьким сахарным хлопьям присоединяются другие компоненты, например, клетки диатомовых водорослей или минералы. Это делает агрегаты больше и тяжелее, и поэтому они тонут быстрее, чем отдельные клетки диатомовых водорослей. Частицам требуется около десяти дней, чтобы достичь глубины 1000 метров, а иногда и больше времени. Это означает, что липкая сахарная сердцевина должна противостоять биоразложению по крайней мере так долго, чтобы удерживать частицы вместе. Но это очень сложно, так как поедающие сахар бактерии очень активны и всегда голодны.
Чтобы раскрыть структуру полисахаридов микроводорослей и идентифицировать устойчивые липкие сахара, ученые попробовали новые методы. Это необходимо, потому что морской сахар содержится в сложных смесях органических веществ. В данном случае авторы работы использовали метод, основанный на медицинских исследованиях и исследованиях растений. Он сочетает в себе высокую пропускную способность микрочипов со специфичностью зондов моноклональных антител. Другими словами, ученые извлекли молекулы сахара из образцов морской воды и вставили их в машину, работающую как принтер, в которой используются не чернила, а молекулы. Молекулы отдельно «печатаются» на нитроцеллюлозной бумаге в форме микрочипа. Микроматрица похожа на микрочип. Она небольшая – размером с ноготь, – но может содержать сотни образцов. После того, как экстрагированные молекулы напечатаны на матрице, можно анализировать присутствующие в них сахара. Для этого ученые используют зонды с моноклональными антителами. К массивам добавляются отдельные антитела, и, поскольку они реагируют только с одним конкретным сахаром, ученые могут видеть, какие сахара присутствуют в образцах.
[Фото: MAX PLANCK INSTITUTE FOR MARINE MICROBIOLOGY/S. VIDAL-MELGOSA]
