Уникальная экосистема
Баксанской нейтринной обсерватории

В конце февраля в журнале Microbiology Spectrum вышла статья "Метагеномный анализ микробного сообщества биопленки, существующей на границе кислородосодержащей и бескислородной зон глубоководного подземного соленого источника в Баксанской нейтринной обсерватории". В составе коллектива - сотрудники сектора молекулярной генетики клетки Лаборатории ядерных проблем Кирилл Тарасов, Михаил Зарубин, Алена Яхненко и Елена Кравченко, а также Альберт Гангапшев из Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН.

Глубокая подземная биосфера, чья биомасса оценивается в 12-20% от общемировой, что сопоставимо с биомассой всех лесов или морских экосистем, остается одной из наименее изученных экосистем на Земле. Она населена в основном микроорганизмами - бактериями и археями, подавляющее большинство которых (более 99%) не удается культивировать в лаборатории, поэтому ученые образно называют ее "темной материей биологической вселенной". Каждое новое исследование таких экосистем, особенно формирующихся на границе бескислородной и кислородсодержащей среды, вносит важный вклад в понимание биогеохимических процессов, протекающих в литосфере.

Учеными СМГК ЛЯП ОИЯИ и БНО ИЯИ РАН выполнена работа на уникальном объекте - гидротермальном подземном источнике, расположенном в дальней неиспользуемой части тоннеля Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) в поселке Нейтрино, Кабардино-Балкария. Источник образовался на глубине около 2 км в месте контакта глубинных анаэробных вод, насыщенных вулканическими газами из периферической магматической камеры Эльбруса, с атмосферным воздухом. Для изучения микробного сообщества источника было использовано метагеномное секвенирование. В отличие от традиционных микробиологических методов, требующих культивирования микроорганизмов в лаборатории (что для подавляющего большинства природных сообществ невозможно), этот подход позволяет изучить генетический материал всех организмов непосредственно в образце, отобранном на месте исследования.

С помощью метагеномного секвенирования биопленки, обнаруженной в источнике, были получены 19 метагеномно-ассоциированных геномов, принадлежащих к различным группам бактерий. По результатам реконструкции метаболических путей было показано, что микробное сообщество источника БНО демонстрирует высокое метаболическое разнообразие, ключевые процессы которого связаны с трансформацией соединений, поступающих из магматической камеры, - в сообществе доминируют организмы, способные использовать энергию окисления водорода, метана, аммиака и двухвалентного железа. Также в биопленке присутствуют как аэробные организмы, так и группы бактерий, осуществляющие анаэробные процессы, что указывает на существование зон с доступом и без доступа кислорода. Интересно, что в составе бактериального сообщества обнаружены хищные цианобактерии, питающиеся другими бактериями. Сравнительный анализ с метагеномами сообществ из глубоких гранитных массивов (анаэробные условия) и карстовых пещер (аэробные условия) показал, что сообщество источника БНО является уникальным за счет специфических геохимических условий (постоянный поток восстановленных субстратов вулканического происхождения + доступ O₂ + нейтральный pH воды источника).

Модель экосистемы источника БНО

В этом исследовании впервые охарактеризована структура и функционирование микробного сообщества на границе глубокой подземной и начинающейся поверхностной биосферы.

"Полученные данные описывают новый тип биологического сообщества и предлагают модель для изучения микробной колонизации в переходных зонах, где сталкиваются обитатели двух разных экосистем", - говорит начальник сектора молекулярной генетики клетки ЛЯП Елена Владимировна Кравченко.

На основе классификации метагеномно-собранных геномов было идентифицировано шесть новых родов бактерий, для которых предложены кандидатные названия: Candidatus Neutrinobacter, Candidatus Jinrextremum, Candidatus Inralta, Candidatus Jinrbaksania, Candidatus Neutrinellum, Candidatus Inrsubterrania. Этимология названий отражает место проведения исследований (п. Нейтрино, Баксанская нейтринная обсерватория) и названия институтов, принимавших участие в работе, в сочетании с ключевыми характеристиками среды обитания изучаемого микробного сообщества.

Исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект №24-24-00003).

Группа научных коммуникаций ЛЯП