Новые свойства гипертермофильных архей: экспериментальная проверка данных геномики

Целью проекта является исследование метаболизма гипертермофильных архей, в том числе представителей новых таксонов высокого ранга, на основании данных, полученных при анализе их полных геномных последовательностей. Объектами исследования будут гипертермофильные археи, выделенные и охарактеризованные коллективом, представляющим проект. Полные геномные последовательности этих и родственных организмов были определены и проанализированы в 2008-2009 г.г. Из многих предполагаемых новых свойств мы выделили несколько, исследование которых представляется нам наиболее важным и своевременным: (1) способность к анаэробному росту за счет использования формиата с образованием водорода у представителей рода Thermococcus, в геноме которых присутствует формиат-гидрогенлиазный комплекс; (2) углеводный метаболизм Fervidococcus fontis, в геноме которого не обнаружен ген ключевого пути Эмбдена Мейергофа фруктозобифосфатальдолазы; (3) катаболизм Acidilobus saccharovorans, в геноме которого обнаружены гены, кодирующие полный набор ферментов цикла трикарбоновых кислот, а также цепь переноса электронов, что свидетельствует о способности к анаэробному дыханию; (4) новые гидролитические ферменты, гены которых обнаружены в геномах пяти гипертермофильных архей. Выполнение проекта существенно расширит представления о разнообразии метаболических путей и функционирующих при этом механизмов у гипертермофильных архей – предположительных компонентов первичных экосистем древней Земли, а также позволит выявить новые термостабильные ферменты для биотехнологии.

Описан новый катаболический процесс, ранее неизвестный у прокариот: анаэробное окисление формиата с образованием водорода. Он свойственен ряду гипертермофильных архей рода Thermococcus и обусловлен наличием в их геномах генных кластеров, включающих гены, кодирующие формиат дегидрогеназу, конвертирующую энергию гидрогеназу и транспортеры формиата. Установлено, что способность к гидрогеногенному росту на одноуглеродных соединениях (СО и формиат) свойственна только штаммам Thermococcus, выделенным из глубоководных гидротерм, и может сочетаться или не сочетаться со способностью к использованию этих же соединений в процессе сероредукции. На основании анализа полного генома новой термоацидофильной археи Acidilobus saccharovorans установлена способность этого организма к серному дыханию и окислению несбраживаемых субстратов, в частности, изопропанола. Это также новое для гипертермофильных архей свойство. В геномах гипертермофильных архей A. saccharovorans и Desulfurococcus kamchatkensis обнаружены гены, кодирующие новые гидролитические ферменты и экспериментально подтверждена их активность.