Більша частина Світового океану прихована від сонячного світла. На глибинах понад кілометр панують майже повна темрява, колосальний тиск і температури, які можуть коливатися від близьких до нуля до понад 100 °C біля гідротермальних джерел. Саме в цьому суворому середовищі, як показало нове міжнародне дослідження, може зберігатися один із найбагатших генетичних ресурсів планети.
Команда майже з 60 учених із Великої Британії та Китаю створила найбільшу на сьогодні генетичну карту глибоководного океану. Дослідники проаналізували понад 2 100 зразків із різних глибоководних екосистем і зібрали базу, що містить більше 500 мільйонів унікальних генів та 2,4 мільйона передбачених структур білків.
Однак головне відкриття полягає не лише в масштабі даних. Вчені змогли пов’язати генетичні відмінності з формою та функцією білків, тобто показати, як зміни в ДНК впливають на роботу молекулярних механізмів живих організмів.
Генетичний хаос і білкова стабільність
Результати виявили несподіваний парадокс. Геноми глибоководних мікроорганізмів дуже сильно відрізняються між собою, але білки, які вони кодують, часто мають напрочуд схожі просторові форми.
Інакше кажучи, життя в глибокому океані активно експериментує з генами, але при цьому зберігає набір перевірених білкових конструкцій, які допомагають виживати під екстремальним тиском і в холоді.
За словами співкерівника дослідження Томаса Мока з Університету Східної Англії, глибоководні екосистеми слід розглядати не просто як сховище біорізноманіття, а як еволюційний двигун, який постійно створює нові генетичні рішення.
Де еволюція працює найшвидше
Зразки брали з одних із найекстремальніших місць на Землі: Маріанської западини, гідротермальних джерел і метанових сипів. Саме там дослідники знайшли білки, пов’язані з копіюванням і ремонтом ДНК, які еволюціонують особливо швидко.
Ці молекули набули спеціальних властивостей, що дозволяють клітинам працювати в умовах тиску, який у сотні разів перевищує атмосферний.
Неочікувана користь для медицини та біотехнологій
Найперспективнішим відкриттям стала незвична форма білка гелікази, яка розкручує подвійний ланцюг ДНК. Її структура може виявитися корисною для вдосконалення нанопорового секвенування — технології, що використовується для швидкого читання геномів у медицині, біології та екологічному моніторингу.
Перший автор роботи Ян Го з Інституту океанології Китайської академії наук назвав це прикладом того, як дослідження екстремальних середовищ може безпосередньо приводити до створення нових технологічних інструментів.
Глибокий океан як джерело майбутніх відкриттів
Учені вважають, що нова база даних збільшує відому різноманітність морських генів більш ніж на 50 %. Це означає, що в океанських глибинах може приховуватися величезна кількість молекул із властивостями, які ще не використовуються людиною.
Дослідження стало можливим завдяки поєднанню сучасних методів глибоководного відбору зразків і систем штучного інтелекту для прогнозування структури білків.
Робота, опублікована в журналі Cell Host & Microbe, показує: океанські безодні — це не лише малодосліджений світ дивних істот. Це потенційна скарбниця генетичних рішень, які можуть допомогти створювати нові ліки, біотехнології та методи аналізу ДНК. І, можливо, найважливіший висновок полягає в тому, що природа вже мільйони років проводить власні експерименти в умовах, які людські лабораторії лише намагаються відтворити.