Ako biste sakupili sve organizme sa površine okeana do 200 metara, otkrili biste da bi bakterije SAR11, iako nevidljive golim okom, činile petinu ukupne biomase. Ove bakterije, poznate i kao Pelagibacterales, evoluirale su da napreduju u morskim sredinama siromašnim hranljivim materijama i igraju značajnu ulogu u globalnim ciklusima hranljivih materija. Uprkos njihovoj važnosti, mehanizmi koji stoje iza njihovog uticaja na planetarni ekosistem ostali su nejasni.
Ali sada, Nature rad istraživača sa Okinavskog instituta za nauku i tehnologiju (OIST) baca svetlo na ključni aspekt ovih bakterija.
„Znali smo da je SAR11 ključni igrač u važnim ciklusima hranljivih materija, kao što su razmena ugljenika i sumpora, ali nismo znali u potpunosti“, objašnjava dr Ben Klifton, prvi autor rada, dodajući da „sada, do sveobuhvatno mapirajući transportne proteine bakterija, imamo mnogo bolju sliku o tome kako se SAR11 uklapa u ove cikluse.“
Profesor Paola Laurino, stariji autor, pripisuje globalnim projektima uzorkovanja morske vode kao što je projekat Tara Oceans za pružanje metagenomskih podataka koji su omogućili ovaj proboj: „ovi skupovi podataka su nam omogućili da povežemo genomske podatke sa funkcijom proteina“.
Transportni proteini su od vitalnog značaja za premeštanje hranljivih materija u i iz bakterijskih ćelija, oblikujući način interakcije bakterija sa njihovom okolinom. Ovo je posebno značajno za bakterije SAR11, čije uzimanje hranljivih materija ima širok uticaj na globalne cikluse hranljivih materija. Ali uprkos njihovom obilju u okeanima, ove bakterije je teško proučavati zbog njihovih specifičnih potreba za rastom.
Da bi ovo prevazišli, istraživači su genetski modifikovali bakterije E. coli da eksprimiraju SAR11 transportne proteine, omogućavajući im da proučavaju proteine u laboratoriji.
Analiza ovih gena u SAR11 metagenomu – genetskom materijalu zajedničkom svim vrstama SAR11 – zahtevala je globalne podatke, što je omogućeno opsežnim bazama podataka genoma. Tim je identifikovao gene povezane sa ključnim morskim procesima, kao što je protein koji je u interakciji sa DMSP, jedinjenjem od vitalnog značaja za ciklus sumpora i regulaciju klime.
Ukupno su otkrili 13 transportnih proteina, uključujući one za DMSP, aminokiseline, glukozu i taurin, od kojih svi imaju značajnu ulogu u životnoj sredini.
„Kroz ove eksperimente, otkrili smo specifična svojstva transportnih proteina koji omogućavaju bakterijama SAR11 da napreduju u okruženjima siromašnim hranljivim materijama. Ovo nije moglo biti otkriveno samo posmatranjem genomskog sastava“, rezimira dr Klifton.
Međutim, istraživanje tima o SAR11 je daleko od kraja. Pošto su identifikovali proteine odgovorne za transport hranljivih materija, sada se upuštaju u metaboličke puteve da bi razumeli kako se ovi hranljivi sastojci koriste i pretvaraju u bakterijama. Pored toga, u saradnji sa Veizman institutom za nauku, oni istražuju kako SAR11 stupa u interakciju sa svojim okruženjem pre nego što apsorbuje hranljive materije.
Ova studija je deo rastućeg trenda koji povezuje DNK životne sredine sa funkcijom proteina, otvarajući put novim otkrićima o tome kako mikroskopski oblici života utiču na globalne procese.
Kako kaže prof. Laurino, „Premošćivanjem makro perspektive morske raznolikosti i mikro perspektive biohemije proteina, postavljamo teren za dalja pitanja o tome kako se bakterijski proteini uklapaju u globalne cikluse hranljivih materija i kako ove bakterije doprinose, i na njih utiču klimatske promene i promene u biodiverzitetu okeana.“
