«Апостериори»: Новый метод помог обнаружить скрытое разнообразие одноклеточных

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Секвенирование отдельных клеток позволило обнаружить неожиданное генетическое разнообразие среди одноклеточных организмов рода Bodo. Семь клеток, найденных в одной пробе воды, оказались представителями трёх потенциально новых видов. Вместе с ними исследователи обнаружили три ранее неизвестных вида бактерий, живущих внутри этих организмов.

Bodo – это род свободноживущих одноклеточных организмов, распространённых в пресной и солоноватой воде и почве. Они питаются бактериями и передвигаются при помощи двух жгутиков. Особый интерес для биологов Bodo представляет из-за своего положения на эволюционном дереве. Это ближайшая известная свободноживущая группа к трипаносоматидам – паразитическим одноклеточным организмам, среди которых возбудители сонной болезни, болезни Шагаса и лейшманиоза.

Несмотря на это, генетическое разнообразие Bodo исследовано довольно плохо. До сих пор единственным формально описанным современным видом рода считался Bodo saltans, а в распоряжении учёных находился только один его геном. При этом разные виды микроскопических организмов часто определяют не по всему геному, а по отдельным участкам рибосомной ДНК.

В исследовании, опубликованном 18 марта 2026 года в журнале Microbial Genomics, учёные решили вместо этого секвенировать геномы отдельных клеток. Для работы они использовали образец воды, из реки Лим в Великобритании. Из него исследователи выделили семь клеток Bodo, после чего отдельно секвенировали ДНК каждой из них.

Если сравнивать только обычно используемый участок рибосомной ДНК, различия между клетками были очень небольшими. У всех семи последовательности совпадали более чем на 99%. При стандартном анализе микробного разнообразия некоторые методы поэтому могли бы отнести их к одной группе. Однако сравнение сотен генов и собранных геномов показало совсем другую картину. Семь клеток разделились на три отчётливые генетические линии. Внутри каждой из них геномы были очень похожи, тогда как между линиями различия оказались значительно больше. По мнению авторов работы, каждая из трёх групп, вероятно, представляет отдельный, ранее не описанный вид Bodo.

Но вместе с ДНК самих Bodo исследователи обнаружили, что в каждой из семи клеток присутствовала бактерия из группы Holosporales. Такие бактерии способны жить внутри клеток других организмов. Генетический анализ показал, что они тоже образуют три отдельные группы, причём их разделение соответствует разделению самих Bodo. Иными словами, каждому из трёх предполагаемых новых видов одноклеточных соответствует собственный вид бактерии-эндосимбионта.

Зачем бактерии нужны хозяину, пока окончательно неизвестно. У ранее изученного Bodo saltans эндосимбионт, предположительно, использует систему токсин–антитоксин. Бактерия производит одновременно токсичное вещество и защищающий от него антитоксин. Если бактерия исчезает, защита может исчезнуть быстрее токсина, что приводит к гибели клетки хозяина. Таким образом бактерия может сама делать симбиоз необходимым.

Однако у части новых эндосимбионтов исследователи такой системы не обнаружили. Вместо этого их геномы содержат гены, связанные с синтезом веществ, которые сами Bodo производить не способны. В частности, у одной из групп бактерий обнаружен большей частью сохранившийся путь синтеза гема – соединения, необходимого клетке, которое кинетопластиды самостоятельно синтезировать не могут. У всех исследованных бактерий также обнаружена значительная часть пути синтеза лизина – аминокислоты, которая практически отсутствует у их хозяев. Поэтому авторы предполагают, что некоторые бактерии могут обеспечивать Bodo необходимыми веществами. Но пока это только гипотеза: наличие соответствующих генов ещё не доказывает, что бактерия и хозяин взаимодействуют именно так.

Совпадение эволюционных деревьев Bodo и их бактерий также может указывать на длительную совместную эволюцию. Однако авторы подчёркивают, что семи клеток недостаточно, чтобы доказать такую связь. Для этого потребуется изучить значительно больше Bodo и их эндосимбионтов из разных популяций.

Работа показывает, что разнообразие микроскопических организмов может быть значительно больше, чем следует из стандартных методов анализа. В данном случае семь клеток из одной пробы воды, которые по одному распространённому генетическому маркеру выглядели почти одинаковыми, оказались представителями трёх существенно различающихся линий. Секвенирование отдельных клеток позволило одновременно установить и геномы организмов, и то, какие именно бактерии живут внутри каждого из них. Авторы рассчитывают, что такой подход поможет обнаруживать ранее скрытое разнообразие некультивируемых одноклеточных организмов и лучше понять их отношения с бактериальными симбионтами.