На океанических гидротермальных источниках живут археи, способные сжигать нефтяные углеводороды до углекислого газа.

Полтора года назад мы рассказывали о микробах-археях, которые превращают нефть в метан. Их нашли на океанском дне, где в воду просачиваются углеводороды из подземных нефтяных месторождений. Вообще микробы, способные расщеплять нефтяные углеводороды, не такая уж новость. Однако тем из них, которые живут на морском дне, приходится расщеплять их в отсутствие кислорода. А без кислорода очень трудно одному переработать органику до конца, то есть до совсем простых соединений типа углекислого газа.

Донные гидротермальные источники отмечены причудливыми минеральными башенками, однако главная их достопримечательность — сложные микробные сообщества, демонстрирующие чудеса метаболической эквилибристики. (Фото: NOAA Ocean Exploration / Flickr.com) 

Обычно донным «нефтяным» микробам приходится с кем-то кооперироваться: они доводят превращения углеводородов до определённой стадии, получая от них какую-то энергию, а потом передают продукты полупереработки другим микробам, которые расщепляют их дальше и тоже получают свою долю энергии. Микробы-напарники тут необходимы, потому что накапливающиеся продукты неполного расщепления нефтяных углеводородов могут сильно отравить жизнь «нефтяным» микробам.

Углеводороды состоят, как можно понять по названию, из углерода и водорода, но их молекулы могут быть очень небольшими, как метан СН₄, так и очень крупными, длинными и разветвлёнными, в которых атомов углерода может быть и десять, и двадцать, и тридцать. Возвращаясь к археям, о которых мы писали, — они оказались особенными в том смысле, что работали с длинными нефтяными углеводородами без напарников, превращая их в метан.

На днях в Nature Microbiology вышла новая статья про «нефтяных» микробов — это тоже археи с морского дна, но предпочитающие жить у гидротермальных источников. Гидротермальные источники извергают сильно минерализованную воду температурой несколько сотен градусов. Органика, которая оседает сверху, под действием огромного давления и высоких температур превращается углеводороды, которые обычно можно найти в нефти и природном газе. Местные же микробы ухитряются использовать эти углеводороды в своих целях. В новой статье говорится об археях, которые расщепляют их даже не до метана, а до углекислого газа — дальше уже просто некуда. Изучать таких архей в лаборатории очень непросто, для этого их нужно держать в питательной среде с углеводородами без какого-либо кислорода и при температуре около 70°С. Тем не менее, исследователям удалось вывести у себя лабораторную культуру придонных архей. Среди них было множество разных видов, но в их общей ДНК удалось обнаружить ген фермента под названием Acr (alkyl-coenzyme M reductase — алкил-коэнзим М редуктаза), который позволяет работать с умеренно длинными углеводородами. У фермента Acr есть много разновидностей, и все они мало изучены. Тот, о котором идёт речь сейчас, позволяет сжигать средней длины углеводороды в метаболической топке до СО₂. (Средней длины углеводороды в данном случае означает, что атомов углерода в них от пяти до четырнадцати.)

Сжигание — это окисление: от углеводородов отрывают электроны и передают их по сложной цепи белков; путешествие электрона даёт возможность запасти энергию в удобной для клетки форме. Но электрон должен куда-то прийти. Если бы вокруг был кислород, он приходил бы кислороду — так развиваются события в митохондриях наших клеток. Но у донных архей кислорода нет. Поэтому они используют сульфаты, то есть соли серной кислоты. Сульфаты служат окислителями для углеводородов, сами восстанавливаясь до сульфидов, то есть до солей сероводородной кислоты. При этом сами археи с сульфатами работать не могут. Тут на сцене появляются напарники — сульфатредуцирующие бактерии, умеющие работать с сульфатами, которые плавают в окружающей минерализованной воде. Археи, поедающие углеводороды, передают оторванные от углеводородов электроны сульфатредуцирующим бактериям, которые превращают сульфаты в сульфиды, попутно получая от этого свою порцию энергии. В итоге от нефтяных углеводородов остаётся углекислый газ и сульфиды.

Как обычно бывает с «нефтегазовыми» микробами, возникает вопрос, как их можно использовать. Может быть, новых архей смогут приспособить для ликвидации экологических загрязнений, вроде нефтяных разливов. Однако даже в лаборатории вырастить их стоило больших усилий. Но, вероятно, от них можно будет использовать ген того фермента, который позволяет разлагать углеводороды. Микроорганизмы позволяют делать над собой самые разные молекулярно-генетические операции, и не исключено, что «нефтеразлагающий» фермент удастся пересадить в какую-нибудь бактерию или архею, которая окажется проще в использовании.