Океанические сине-зелёные водоросли Synechococcus производят 20% кислорода на планете. Такой высочайшей производительностью они обязаны уникальному умению приспосабливаться к нужной длине световой волны. То есть водоросль настраивает свою фотосинтетическую систему в зависимости от того, какая длина волны сейчас более доступна. Соответственно, у водорослей меняются пигменты, отвечающие за ловлю фотонов, и сама клетка следом меняет цвет, подобно хамелеону. 

Цианобактерия Synechococcus крупным планом (фото Science VU / DOE)Учёным из Университета Индианы (США) удалось расшифровать механизм, позволяющий Synechococcus переключаться с одной пигментной системы на другую. Они нашли у цианобактерий ген MpeZ; его активность зависит от синего света. MpeZ кодирует фермент, который сносится с белком-антенной, связанным с пигментом фикоэритрином I. Этот пигмент обычно ловит зелёный свет, но фермент заменяет у пигмента «зелёные» хромофорные группировки на те, что позволяют улавливать синий: так фикоэритрин I превращается в фикоэритрин II. Эта модификация обратима, и если уровень синих волн падает, то пигмент возвращается к поглощению зелёных волн. 

Изменения в окраске цианобактерий Synechococcus в зависимости от режима освещённости (рисунок авторов работы)Соответствующим образом меняется и цвет водорослей. В прибрежных водах, где они поглощают зелёный свет, пигмент придаёт клеткам красный оттенок. Вдали от берега, в более глубоких водах усиливается доля синего и водоросли становятся оранжевыми. Эта молекулярно-генетическая уловка и позволяет Synechococcus жить и успешно вести фотосинтез в разном режиме освещённости, снабжая океан и всю планету кислородом. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Чтобы поддерживать размножение в условиях фосфорного голодания, бактериофаги морских бактерий приходят в хозяйские клетки с набором генов, который помогает хозяевам более эффективно «выхватывать» из среды фосфор.

Бактериофаги, специализирующиеся на морских бактериях Prochlorococcus (фото авторов исследования)Исследователи из Массачусетского технологического института (США) обнаружили, что некоторые вирусы-бактериофаги приходят к своим жертвам с чем-то вроде генетического троянского коня: они приносят заражаемым бактериям гены, которые должны облегчать им жизнь в условиях стресса. Учёные работали с океаническими бактериями Prochlorococcus и Synechococcus, которые производят шестую часть кислорода на планете. Бактерии рода Prochlorococcus в диаметре не превышают одного микрона, а их плотность достигает 100 миллионов клеток на литр воды. Synechococcus чуть крупнее и не столь многочисленны. Соответственно, вирусы, поражающие эти бактерии, относятся к самым распространённым среди себе подобных.

Жизнь в океане полна превратностей, в том числе для микроорганизмов. Часто случается, что бактерии заносит в воды, бедные фосфором. А он критически необходим для жизнедеятельности: без фосфорных соединений невозможно синтезировать нуклеиновые кислоты, то есть размножаться. На такие случаи у бактерий есть специальная генетическая система, чувствующая, когда фосфора начинает не хватать, и активирующая другие гены, которые кодируют связывающие фосфор белки. Эти дополнительные белки позволяют бактериям наловить больше фосфора и пережить кризис.

Но, как оказалось, у вирусов тоже есть такие гены для ловли фосфора. Размножение вируса требует изрядных фосфорных запасов для штамповки вирусной ДНК. Исследователи заметили, что, когда бактериофаг заражает бактерию в условиях недостатка фосфора, в вирусном геноме включаются гены белков, отвечающих за «ловлю» фосфорных соединений.

Оказалось, что вирусные белки управляются теми же генами, что и бактериальные. То есть когда бактерия чувствует фосфорный стресс, она включит как свою, так и вирусную систему по добыче дополнительного фосфора. Основная его масса пойдёт на нужды вируса. Разумеется, самой бактерии может что-то перепасть от усилившегося фосфорного потока, но впрок ей это не пойдёт: через 10 часов цикл размножения вируса закончится, и бактериальную клетку разорвёт под напором выходящих наружу вирусных частиц.

В статье, опубликованной в журнале Current Biology, авторы пишут, что далеко не все бактериофаги, паразитирующие на Prochlorococcus и Synechococcus, обладают этими генами, а только те, что живут в атлантических популяциях бактерий. К примеру, тихоокеанские Prochlorococcus и Synechococcus не сталкиваются с недостатком фосфора, а потому соответствующей системы у них нет. А вот атлантические вирусы когда-то давно сумели скопировать гены хозяев, создавших себе молекулярный механизм на случай фосфорного голодания; в результате вирусы могут размножаться, не обращая внимания на изменения в среде: удвоенный поток фосфора позволяет им синтезировать столько ДНК, сколько нужно.

Столь тонкое приспособление вируса под нужды хозяина исследователи видят впервые. Впрочем, по их словам, бóльшая часть сведений о взаимоотношениях бактерий и фагов пришла к нам из биомедицинских исследований. А жизнь в человеческом организме и биологической лаборатории всё-таки сильно отличается от того, что происходит в Мировом океане. Поэтому не исключено, что это не единственный трюк, с помощью которого «дикорастущие» вирусы облегчают себе жизнь.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Океанические бактерии Synechococcus плавают с помощью волнообразных биений клеточной мембраны, которые вызывает белковая спираль, тянущаяся через всю клетку.

Бактерии плавают с помощью жгутиков. Белковую нить жгутика приводит в движение хитроумный молекулярный мотор, закрепленный в мембране клетки: мотор работает, жгутик крутится, подобно пропеллеру, бактерия движется. Но есть весьма распространённый род бактерий, называемых Synechococcus, у которых жгутика нет, а однако ж они перемещаются с довольно значительной для бактерий скоростью в 25 мкм/с.

Synechococcus живут в океане и служат важным компонентом пищевой пирамиды. Генóм этих бактерий был прочитан ещё в 2003 году, но ответа на вопрос, как они двигаются, это не дало. В статье, опубликованной на сайте PLoS ONE, американские биофизики утверждают, что разгадали эту загадку. В своей модели они ориентировались на другую безжгутиковую бактерию — Myxococcus xanthus. Это почвенная бактерия, которая перемещается скольжением по твёрдой поверхности. Через всю её клетку тянется белковая спиралеобразная конструкция, упирающаяся в клеточную мембрану. Специальные белковые моторы путешествуют по спирали и, наталкиваясь на клеточную мембрану, заставляют спираль проворачиваться. По мембране от переднего конца к заднему пробегает волна, которая и заставляет клетку двигаться.

У Synechococcus тоже наблюдаются волны, пробегающие по клетке, которые зависят от наличия у бактерии белка SwmA, располагающегося во внешней мембране. Но скользить так по поверхности намного легче, чем плавать. Хватает ли бактерии «мембранного волнения», чтобы плыть в толще воды? Ответом на вопрос стала математическая модель, построенная учёными. Согласно их выкладкам, чтобы плавать таким образом, амплитуда бегущей волны должна достигать 0,05 мкм, а сама волна — распространяться со скоростью 73 мкм/с. Частота вращения двигателя-спирали в этом случае будет равна где-то 186 Гц.

Synechococcus, как пишут исследователи, справляется с задачей благодаря особенностям строения внешней клеточной мембраны. На ней, как уже было сказано, сидит белок SwmA, и его молекулы располагаются под углом 60˚ друг к другу. Когда спираль поворачивается, соединённые с ней молекулы SwmA тоже движутся, но из-за особенностей их взаиморасположения образующаяся волна оказывается больше, что дополнительно ускоряет бактерию. Хотя, разумеется, такой способ передвижения — с помощью белкового «буравчика» — всё равно не столь эффективен, как старый добрый жгутик, скорость вращения которого, для сравнения, составляет 1 700 Гц.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА