Молекулярні біологи відкрили гени і сигнальні молекули, що змушують водорості виділяти токсичну “кислоту зомбі” під час цвітіння води в океані. Їх вивчення допоможе захистити морських тварин і птахів від дії цієї отрути, заявляють учені в статті, опублікованій в журналі Science.
“Відкриття генів, що відповідають за виробництво домоєвої кислоти, допоможе нам зрозуміти, за яких обставин водорості починають робити цю “зброю масового ураження”. Це дозволить нам визначити, де і коли будуть з’являтися такі токсичні плями водоростей”, — заявив Патрік Брансон (Patrick Brunson) з Інституту океанографії Скріппса в Сан-Дієго (США).
Цвітіння води викликають бурі або синьо-зелені водорості, що мешкають в прісних озерах і водосховищах, так і в морській воді. При вибуховому зростанні кількості ціанобактерій і бурих водоростей у воді виникають великі плями, які можуть представляти загрозу для здоров’я людей і тварин через токсини, які водорості виділяють у воду, розчищаючи собі “життєвий простір”.
Навесні і взимку 2015 року, а також у наступні роки, західні береги США вразила своєрідна “епідемія зомбі” – спалах росту водоростей виду Pseudo-nitzschia australis, чиї клітини під час цвітіння виробляють велику кількості нейротоксину DA, так званої “кислоти зомбі”. Молекули цієї речовини легко накопичуються в тканинах тіла риб і молюсків, і їх поїдання ссавцями, птахами або людьми викликає галюцинації, спазми і смерть.
Бренсон і його колеги зробили перший крок до боротьби з подібними океанічними “зомбі-апокаліпсисами”, відкривши гени, пов’язані з виробництвом цієї кислоти, і розкривши деякі умови, при яких вони включаються і відключаються.
Як відзначають вчені, це завдання не вдавалося вирішити в минулому через те, що геном водоростей дуже складний по своєму пристрою, і раніше генетики не знали жодного аналога домоевої кислоти, яка б виробляли мікроби або багатоклітинні речовини.
Автори статті змогли вирішити цю проблему, звернувши увагу на те, що швидкість виробництва “зомбі-кислоти” може сильно змінюватися в залежності від того, як багато вуглекислоти і з’єднань фосфору містить вода океанів.
Це наштовхнуло їх на думку, що гени, пов’язані з виробництвом DA-токсину, можна знайти, спостерігаючи за тим, як змінюється активність різних ділянок ДНК Pseudo-nitzschia australis при зрушеннях в концентрації цих двох нутрієнтів.
- Феромони допоможуть зупинити навалу гігантських шершнів з Азії
- Частина суші Франції приєдналася до Англії 400 мільйонів років тому
- Марсіанська атмосфера придатна для життя мікроорганізмів
Як показали ці спостереження, поява нових порцій або зникнення однієї з цих молекул з води призводила до зрушень в роботі приблизно п’яти сотень генів. Коли вчені зіставили їх списки, їм вдалося звузити список “підозрюваних” до 43 ділянок ДНК. Це дозволило знайти “зомбі-гени”, відключаючи один або кілька генів з цього переліку.
Подальші досліди показали, що за виробництво домоевої кислоти відповідає всього чотири гени, розташовані на одній і тій же ділянці ДНК водоростей. Їх робота не залежить від інших частин геному Pseudo-nitzschia australis – коли вчені пересадили ці гени в ДНК кишкової палички і дріжджів, їм вдалося змусити виробляти їх велику кількості “кислоти зомбі”.
Вивчивши їх структуру і роботу, біологи з’ясували, з яких “заготовок” збираються молекули цього токсину, і спробували знайти їх аналоги в геномах інших водоростей і мікробів. Як виявилося, ці гени були унікальними для Pseudo-nitzschia australis і її найближчих родичів, що дозволяє використовувати їх для передбачень і спостережень за формуванням нових плям в морях і океанах Землі.