Волны микробов-уборщиков: как океанские сообщества разлагали нефть после разлива Deepwater Horizon

После разлива нефти в Мексиканском заливе в 2010 году, помимо рукотворных методов очистки, свою роль сыграла и природа. Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley Lab) обнаружили, что морские микробные сообщества активно реагировали на нефтяной шлейф, растянувшийся от скважины на глубине 5000 футов до поверхности воды.

Понимание состава этого микробного сообщества и роли его членов было неполным. Чтобы изучить его реакцию, группа под руководством старшего научного сотрудника лаборатории Джанет Янссон использовала возможности двух национальных пользовательских объектов: Института совместного генома Министерства энергетики США (DOE JGI) и источника продвинутого света (ALS). Результаты, опубликованные в двух статьях, показывают серию микробных видов, которые доминировали в сообществе в разные моменты времени, удаляя различные фракции нефти.

В статье в журнале The ISME Journal команда описывает использование комбинации геномных методов для изучения реакции микробов на приток нефти. Они сосредоточились на метатранскриптоме — экспрессируемой функциональной информации сообщества. Кроме того, они выделили отдельные клетки, чтобы определить преобладающих микробных членов в глубоководном нефтяном шлейфе. С помощью этой техники им удалось собрать черновой геном первой глубоководной нефтеядной бактерии из одной клетки. Анализ данных выявил обилие генов, участвующих в разложении алканов и ароматических соединений. Результаты показали, что в шлейфе преобладали бактерии порядка Oceanospirillales, способные разлагать циклогексаны.

«Я думаю, мы наблюдаем эти волны членов сообщества, и известно, что такое происходит в океане, — сказала Янссон. — Вероятно, у нас был всплеск деструкторов алканов, присутствовавших при раннем отборе проб. В более поздних экспедициях находили деструкторов метана или пропана, что указывает на сукцессию в сообществе».

Дополнительную силу их гипотезе придают результаты моделирования, описанные в отдельном исследовании в журнале Environmental Microbiology. Ученые смоделировали сценарий нефтяного шлейфа, используя незагрязненную воду из залива, дополненную нефтью, собранной во время разлива, и диспергентами. Мониторинг состава микробного сообщества с помощью секвенирования ДНК в DOE JGI и изучение распределения «хлопьев» с помощью источника продвинутого света показали те же результаты, что и в природе. Кроме того, им удалось культивировать нефтеразлагающую бактерию Colwellia.

Джанет Янссон отметила, что сочетание метагеномного, метатранскриптомного анализа и секвенирования одиночных клеток, доступное благодаря сотрудничеству с DOE JGI, дало уникально полную картину. «Это показывает, что на самом деле происходит в момент и в месте отбора проб. Мы обнаружили, что гены присутствуют, определенные классы генов активно экспрессируются, и они же найдены в секвенированной нами одиночной клетке — все вместе это создало очень последовательную историю, которая может служить моделью для будущих исследований».