Все новости

У антарктических водорослей нашли гены, которые защищают их от замерзания

Они руководят производством природного антифриза

ТАСС, 20 августа. Американские молекулярные биологи обнаружили гены, которые помогают водорослям из самого сурового региона Антарктики избегать замерзания и гибели. Эти гены управляют производством глицерина – одного из компонентов автомобильного антифриза. Результаты исследования опубликовал научный журнал Frontiers in Plant Science.

"Мы изучаем механизмы, которые помогают микробам выживать в экстремальных условиях. Хламидомонады из озера Бонни идеально подходят для этого, так как они постоянно подвергаются действию окислительного стресса, сверхнизких температур, полярной ночи и высокого уровня соли в воде. Нам удалось впервые показать, что они умеют производить глицерин", – рассказал один из авторов исследования, адъюнкт-профессор Университета штата Невада (США) Джеймс Реймонд.

Как правило, низкие температуры и заморозка убивают клетки практически всех многоклеточных организмов. Это связано с тем, что при снижении температуры в их клетках начинают формироваться кристаллы льда, которые разрывают мембраны клеток, в результате чего те умирают.

Некоторые животные, такие как лягушки или черви, решили эту проблему. Их организм вырабатывает специальные вещества-"антифризы", которые мешают ледяным кристаллам образовываться, помогая таким существам пережить заморозку. Около 20 лет назад ученые создали первые синтетические аналоги подобных антифризов. Они превращают замороженные органы в своеобразное ледяное "стекло".

Многие растения и животные защищаются от заморозки гораздо проще. К примеру, многие насекомые и грибки зимой вырабатывают глицерин, один из компонентов автомобильного антифриза.

Секреты "марсианских" водорослей

Раньше ученые никогда не исследовали, вырабатывают ли глицерин микробы и растения, которые обитают в Заполярье, а также не выясняли, как именно производятся молекулы этого "антифриза". Реймонд и его коллеги заполнили этот пробел, изучая два вида водорослей из рода хламидомонад, которые живут в подледном озере Бонни.

Оно расположено на территории так называемых сухих долин Мак-Мердо в Земле Виктории, для которых характерны почти "марсианский" климат и температура. Озеро заполнено очень густым рассолом.

В последние несколько десятилетий и сухие долины, и само озеро Бонни активно изучают специалисты NASA  и биологи, которых интересуют как местные микробы-экстремофилы, так и растения, которые приспособились к жизни в подобных условиях. Среди последних – два вида хламидий, которые научились жить в очень соленой воде озера почти полностью без света во время антарктической зимы.

Реймонд и его коллеги детально изучили структуру генома этих водорослей и сравнили его с устройством ДНК еще одного вида водорослей, Dunaliella salina. Последние используют глицерин совсем для другого – чтобы жить в пересоленых озерах.

В результате ученые выделили в геномах обоих видов водорослей гены (у одного – три, у другого – пять), которые по структуре были похожи на те участки генома Dunaliella salina, которые предположительно отвечают за синтез глицерина. Последующие опыты показали, что эти гены связаны с производством фермента PSP/GPDH. Он превращает соединение ацетона и фосфорной кислоты сначала в фосфат глицерина, а затем в чистый "антифриз".

Что интересно, тех количеств глицерина, которые ученые нашли в клетках водорослей, хватает для того, чтобы спасти их от замерзания, но недостаточно, чтобы защитить их от избытка соли в воде. Поэтому биологи считают, что в геномах этих видов хламидомонад есть и другие цепочки генов, которые помогают им выводить из организма излишки соли и жить в условиях, которые напоминают подледные океаны Энцелада, Европы и других покрытых льдом объектов Солнечной системы,.

"Благодаря подобным открытиям последних лет мы значительно расширили представления о том, где на других небесных телах Солнечной системы может скрываться жизнь. В частносит, речь о планетах, на которых предположительно есть подледные океаны со столь же солеными, темными и холодными водами, как в озере Бонни", – подытожил Реймонд.