Исследование показывает, как морские микробы перерабатывают железо из останков погибших водорослей

Новое исследование Института океанографии Скриппса в Ла-Хойе (Калифорния) раскрывает молекулярный механизм, помогающий перемещению железа в морской среде. Учёные сообщают в журнале mSystems, как бактерии Roseobacter захватывают гем — содержащую железо молекулу, широко распространённую в океане, — непосредственно из погибших и разрушенных клеток водорослей.

Бактерии в океане потребляют материал фитопланктона и возвращают в пищевую сеть такие питательные вещества, как углерод, азот и железо. Однако микробные процессы, ответственные за круговорот следовых металлов, вроде железа, остаются в значительной степени неизученными, отмечает руководитель исследования микробиолог Шейн Хогл.

Это важное упущение, поскольку железо играет критическую роль в океанической пищевой сети. По оценкам, почти четверть железа в некоторых районах поверхности океана проходит через бактерии. Железо может стимулировать или ограничивать рост планктона, а обширные области океана зависят от железа, переработанного микробами. Понимание цикла железа улучшит способность учёных предсказывать химические изменения в морской среде.

Исследователи проанализировали 153 генома бактерий Roseobacter, которые часто сопутствуют цветению водорослей. В 69 геномах (около 45%) они идентифицировали полный набор генов, предположительно вовлечённых в захват гема — содержащего железо кофактора фермента, распространённого в морском фитопланктоне. Последующие эксперименты подтвердили роль этих генов в усвоении гема, а дальнейший анализ показал, что бактерии берут гем напрямую из разрушенных клеток, а не в результате многоступенчатого процесса.

Этот бактериальный процесс удерживает железо из мёртвого фитопланктона в микробной пищевой сети у поверхности океана, не позволяя ему осесть на дно. Анализ общедоступных баз данных метатранскриптомов и метагеномов показал, что механизмы захвата гема не являются широко распространёнными в морских сообществах.

Однако, по мнению Хогла, бактерии, способные использовать гем, могут быть немногочисленными, но мощными. Исследования углеродного цикла показали, что некоторые малобогатые в базах данных бактерии становятся высокоактивными в особых условиях и могут перерабатывать значительно больше углерода. Учёный предполагает, что аналогичная ситуация возможна и с железом: динамичные, но не самые многочисленные группы могут вносить столь же важный вклад в биогеохимические циклы в океане.