Ученые МГУ разработали протокол анализа микробиома морских беспозвоночных

Исследователи биологического факультета МГУ и ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН провели исследование микроорганизмов, обитающих в различных частях тела червей Белого моря. Получено множество новых данных, позволяющих уточнить образ жизни исследованных червей и потенциальную роль микробных сообществ в существовании этих организмов в условиях Арктики.

Микроорганизмы являются самой древней формой жизни на Земле, во многом определивший ее современный облик и само появление на нашей планете человека разумного как вида. Помимо этого, микроорганизмы представляют огромную ценность как объект биотехнологии. Вследствие их малых размеров и высокой скорости размножения с ними удобно работать в лабораторных условиях, а разнообразие природных мест обитания делают микроорганизмы носителями огромного количества уникальных свойств, определяемых наличием у них тех или иных биологических макромолекул (чаще всего белков).

Микроорганизмы уже давно используются человеком для получения пищи, антибиотиков и множества других продуктов и молекул. Однако сегодня не вызывает сомнений тот факт, что мир микроорганизмов не раскрыл человеку и малой доли своих секретов. Практически любой из таких организмов является носителем того или иного свойства, которое человек может использовать в своей деятельности.

Обычно такое свойство нужно микробу для того, чтобы эффективнее приспосабливаться к условиям окружающей среды, и чем жестче эти условия, тем больше шанс, что подобное свойство окажется уникальным и будет представлять интерес для использования в биотехнологии.

Исследовательская программа «Анализ микробиомов растений и беспозвоночных животных экстремальных мест обитания с целью разработки штаммов-продуцентов новых метаболитов и ферментов», реализуемая в МГУ при поддержке Минобрнауки России в рамках Национального проекта «Наука и университеты», сфокусирована на поиске микроорганизмов с уникальными, потенциально полезными для человека свойствами в различных «экзотических» местах обитания – в горячих источниках, в кавказском высокогорье.

Отдельное место в исследовательской программе занимают арктические моря – природное богатство России. Микроорганизмы, обитающие в этих холодных водах, крайне слабо изучены, однако при этом потенциально ценны для биотехнологии. У организаций реального сектора экономики вызывают большой интерес даже самые стандартные, давно известные ферменты из таких микробов, поскольку они способны эффективно работать при низких температурах, что бывает крайне важно на биотехнологическом производстве.

Большая часть микроорганизмов арктических морей существует в симбиозе с морскими животными и растениями (или паразитирует на них), однако такие микробы ранее практически не изучались. В данной работе ученые в течение нескольких сезонов отбирали на Беломорской биологической станции МГУ образцы воды и донного грунта, содержащие червей рода Terebellides, и различными способами анализировали состав микробных сообществ, обитающих внутри этих животных.

«Мы получили множество интереснейших данных, позволяющих уточнить образ жизни червей, – рассказал ведущий автор исследования, директор Беломорской биологической станции МГУ Александр Цетлин. – Однако нам кажется, что основная ценность работы не в этом. Данные, о которых я говорил ранее, безусловно расширяют наши научные знания, но они по большому счету интересны только узкому кругу специалистов. Гораздо важнее то, что мы, классические зоологи, благодаря реализации исследовательской программы фактически впервые в своей жизни начали сотрудничать с микробиологами. Они научили нас правильно собирать образцы для дальнейшего микробиологического анализа, а затем мы вместе с ними в течение нескольких лет разрабатывали уникальный экспериментальный протокол, позволяющий выделять из различных частей тела червей микробные сообщества и изучать их состав, причем как классическими методами микробиологии, так и с помощью современных метагеномных подходов.

-Эти подходы заключаются в том, что при помощи высокоэффективного секвенирования ДНК изучается состав сообществ самых разных микроорганизмов, то есть становится ясно, из каких конкретных видов микробов состоит то или иное сообщество. Одновременно мы работали над созданием линейки функциональных тестов выделяемых сообществ, чтобы иметь возможность оценить “умения” наших микробов и возможную их биотехнологическую значимость. Благодаря такому подходу нам удалось описать несколько сообществ, по поводу которых в настоящее время идут переговоры с различными бизнес-структурами о внедрении этих сообществ в их технологические процессы. Продолжая эту работу, мы совершенно очевидно сможем выделить еще очень много микробных сообществ или отдельных микробов, крайне интересных с биотехнологической точки зрения. А поможет нам в этом тот набор экспериментальных протоколов, который мы разработали в рамках данной работы, при анализе червей Terebellides, поскольку эти протоколы с незначительными модификациями пригодны для выделения и анализа микробов из любого морского животного».

Результаты работы, поддержанной грантом Минобрнауки № 075-15-2021-1396 в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты», опубликованы в «Зоологическом журнале».