Доктор биологических наук Денис Тихоненков о работе протозоологов и малоизученном мире простейших.

Исследования микромира простейших проливают свет на вопросы эволюции и происхождения видов, а также помогают разрабатывать новые лекарства. Каким образом это происходит и почему важно понять, как устроен невидимый нам мир, живущий удивительной, насыщенной, сложной жизнью – наш разговор с Денисом Викторовичем Тихоненковым, руководителем группы протозоологии, главным научным сотрудником Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, доктором биологических наук.

Калькинция золотистая (Calkinsia aureus) открыта в 2009 г. у побережья Калифорнии в пробах воды, отобранных на глубине порядка 600 м. Фото: djpmapleferryman/Flickr.com, CC BY 2.0

– Денис Викторович, вы – руководитель группы протозоологии. Расскажите, пожалуйста, чем занимаются и что изучают протозоологи? 

– Мы проводим разнообразные исследования простейших одноклеточных организмов. Отбираем пробы из разнотипных водоемов и почв и изучаем, какие одноклеточные живут в различных экосистемах, какую роль они играют в структуре пищевых сетей. Также мы исследуем молекулярную биологию этих организмов, секвенируя ДНК, выясняем родственные отношения между организмами, и это позволяет прояснить многие эволюционные вопросы, такие как происхождение животных, растений, грибов, важнейших паразитов.

Денис Викторович Тихоненков. Фото: Андрей Афанасьев.

– А где и как вы отбираете пробы для исследований?

– В различных местах – как в водоёмах Европейской части России, к примеру, в нашем Рыбинском водохранилище, так и по всему миру – в Америке, Азии, Африке, причём пробы мы берём как в морской, так и в пресной воде. Чтобы набрать пробы из толщи воды, используем специальные металлические устройства – дночерпатели. Но можно и просто набирать пробы вместе с водой или даже пластиковой пробиркой у берега – в зависимости от поставленных задач.
– В Рыбинском водохранилище живут такие же одноклеточные, как и в каком-нибудь африканском водоёме?

– Есть виды эврибионтные и космополитные. Эврибионты – организмы, способные существовать в широком диапазоне природных условий окружающей среды и выдерживать их значительные изменения – живут как в Рыбинском водохранилище, так и в Африке. Их достаточно много среди простейших, которых мы изучаем. Но у каждого водоёма, у каждой географической или климатической зоны есть своя специфика, и разнообразие простейших отличается, прежде всего, их видовым составом.
Не всегда это видно с помощью светового микроскопа. Тогда на помощь нам приходит электронная микроскопия и генетические методы. Сходные по своей ДНК микроорганизмы могут встречаться как в наших, российских реках и озерах, так и где-нибудь в толщах арктических льдов. То же самое можно сказать об уникальных организмах. Они могут жить, условно говоря, как в тропиках, так и в луже на дворе.

– А наука уже знает «в лицо» каждого одноклеточного обитателя лужи? Велики ли шансы открыть новый неизвестный ранее вид?

–На самом деле о разнообразии одноклеточных известно к настоящему времени очень мало. Мы только на верхушке айсберга. По данным ДНК из природных проб реальное разнообразие одноклеточных в сотни и тысячи раз превышает сведения, которые нам сейчас известны. Постоянно открываются и новые виды, и целые крупные таксоны и группы одноклеточных, ранее неизвестные науке, и мы этим, действительно, занимаемся. Они вносят свой вклад в понимание эволюции жизни. Мы начинаем лучше понимать, как от мелких одноклеточных форм произошло всё разнообразие живых организмов.

– Что же нового вы поняли об эволюции жизни?

– Например, мы поняли, что предками растений были хищные жгутиковые простейшие, которые на определенном этапе эволюции вступили в симбиоз с цианобактериями и таким образом получили синтезирующую пластиду. Также мы поняли, что предками многоклеточных животных были одноклеточные жгутиконосцы, которые имели такие особенности, как совместное питание, дробление клеток, и эти их жизненные повадки могли привести к формированию многоклеточных организмов.

Свободноживущие одноклеточные, которые к тому же, по нашим данным, были хищниками и питались другими такими же одноклеточными. Интересно, что эти хищники могли питаться достаточно крупной добычей, и для того чтобы её атаковать, несколько клеток хищника могли нападать одновременно, при этом сливались друг с другом. Это стало триггером для образования первых многоклеточных агрегаций.

– Какие ещё планы есть у вашей исследовательской группы?

– В планах у нас проведение большого количества молекулярных исследований. Мы будем секвенировать ДНК из большого числа природных проб, включая Рыбинское водохранилище, которое изучают уже не первый десяток лет, но более классическими, гидробиологическими и микроскопическими методами. Сейчас мы будем подключать молекулярную биологию для того чтобы исследовать, во-первых, биоразнообразие и все возможные взаимосвязи, а во-вторых, попытаемся выявить какие-то новые паразитические формы, которые раньше не учитывались в построении схем функционирования водных экосистем.

– Вы упомянули про паразитические формы. А для человека они опасны? Не добавятся ли к коронавирусу ещё и какие-нибудь атипичные жгутиконосцы?

Сейчас всё больше развития получают темы, связанные с биобезопасностью, и это не только коронавирус. Разнообразными вирусами болеют не только люди, вирусы есть и в водных экосистемах, ими заражаются одноклеточные фитопланктонные организмы. А ещё одноклеточные могут паразитировать друг на друге. Все эти взаимосвязи совершенно не исследованы. Также слабо исследованы вопросы, насколько микроорганизмы, патогенные для гидробионтов, могут впоследствии оказаться патогенными для человека.

Например, не так давно была опубликована статья о том, что в  Китае женщина заболела какой-то непонятной болезнью с недомоганием и кашлем. Долго не могли понять, в чём же причина. Взяли у неё кровь на анализ, пункцию спинно-мозговой жидкости, сделали ПЦР, проанализировали ДНК, и оказалось, что в крови у неё находится ДНК жгутиконосцев –  кольподеллид.  Это хищные свободноживущие организмы, которые  присасываются к клеткам других одноклеточных и поедают их, высасывая. Мы этими организмами как раз занимались. Раньше для человека они считались совершенно  безобидными, но оказалось, что это совсем не так. Ту женщину вылечили, насколько я знаю, антибиотиками. Второй пример – оказалось, что у одноклеточных предков животных, о которых я ранее говорил, на срезе клетки, в цитоплазме, обнаружились симбиотические бактерии. При анализе ДНК выяснилось, что эти бактерии относятся к семейству хламидиалис.

– Хламидиоз, как у человека?

– Да. Оказалось, что у одноклеточных в цитоплазме внутри одной клетки тоже могут быть родственники хламидий. Вероятно, что это один из вариантов паразитизма. Могут ли эти паразиты одноклеточных перейти на человека – сейчас совершенно неясно. Но сам факт того, что одноклеточные могут «болеть венерическими заболеваниями», совершенно поразителен.

– Как бы вы объяснили важность изучения мира простейших, которых большинство из нас даже никогда не увидит?

– Исследование этого мира вносит громадный вклад в понимание общей картины мира и того, как устроена наша природа. Это начальное и ключевое звено функционирования всех экосистем, которые непременно хотелось бы понять лучше. Это напрямую касается здоровья человека, животных и биобезопасности. Чрезвычайно важны фундаментальные исследования, и мы не всегда понимаем, какую они могут иметь практическую значимость, но, как правило, оказывается, что хорошие фундаментальные исследования непременно пригодятся на дальнейших разработках прикладного характера. Один из примеров – наши данные по молекулярной организации и генетическому составу одноклеточных родственников малярийных паразитов в настоящее время используются при разработке самых совершенных противомалярийных препаратов, которые, надеюсь, скоро появятся в аптеках.