Ученые из Сколтеха, Института Молекулярной генетики РАН, Института Биологии Гена РАН и СтПбГУ под руководством профессора Сколтеха Константина Северинова изучили бактерий снежного покрова Антарктиды пытаясь получить ответ на вопрос «существуют ли на снежном материке свои собственные, живущие только там бактерии адаптированные к жизни в условиях постоянного холода, или они заносятся туда из различных уголков Земли воздушными массами?»

Фото из персонального архива Анны Лопатиной

Фото из персонального архива Анны Лопатиной

Собранные в ходе двух Российских антарктических экспедиций образцы снега и талой воды концентрировались в лаборатории, организованной на научно-исследовательском судне «Академик Федоров», и полученные таким образом бактерии анализировались в Москве современными методами геномики и биоинформатики. В частности у антарктических бактерий изучались компоненты систем адаптивного иммунитета CRISPR-Cas. CRISPR-Cas системы защищают бактерий от вирусов и действуют подобно вакцинам: в ходе инфекции, фрагмент ДНК вируса может встроиться в ДНК бактерии, оставив в ней метку — «воспоминание», которая сделает бактерию и ее потомков устойчивой к вирусу. Изучая наборы таких молекулярных воспоминаний у нынешних бактерий, можно проследить «историю болезней» их предшественников, понять, с какими вирусами они сталкивались в прошлом.

«Наши данные показали, что бактерии оседают на снежный покров Антарктиды из воздуха. Во-первых, состав снежных бактерий в одном и том же месте очень сильно изменяется год от года, а во-вторых мы не обнаружили каких-то особых, характерных только для Антарктиды, бактерий. Представьте себе, что вы год от года посещаете несколько национальных парков в Африке. Вы ожидаете увидеть там львов, а не тигров. Если же вы все таки вдруг увидите тигра, наверняка, он «заносной», его кто-то туда привез и через год вы его там не увидите, ведь тигры не живут в Африке. Так вот антарктические снежные бактерии ведут себя, не как львы, а именно, как тигры. А переносятся они по воздуху, ведь бактерии очень маленькие и легкие. Анализ CRISPR-воспоминаний антарктических бактерий показал, что они происходят только из Южного полушария, их «истории болезни» не пересекаются с воспоминаниями аналогичных бактерий из Северного полушария.

Количество и разнообразие заносимых в Антарктиду бактерий огромно. В одном кубическом сантиметре антарктического снега содержатся десятки тысячи бактерий. Таким образом, Антарктиду следует рассматривать, как огромное хранилище бактерий, многие из которых сохранили жизнеспособность. Новые бактерии постоянно прибывают, а старые — опускаются вглубь снежного покрова. Это дает ученым возможность изучать состав бактерий из далекого прошлого анализируя состав нижних слоев снега. Когда айсберги откалываются от Антарктиды и дрейфуют к северу, их стоит рассматривать не просто, как глыбы льда, а как «корабли» с огромным количеством бактериальных пассажиров, некоторые из которых могут быть патогенными для человека» — рассказывает Константин Северинов.

Данная работа — это часть долгосрочного исследования по изучению состава и динамики микробных сообществ Антарктиды. В этом году ученые снова отправятся в экспедицию и посетят российскую антарктическую станцию Восток, под которой, на глубине почти 4ех километров, находится огромное пресноводное озеро, которое может содержать особые формы бактериальной жизни.

Результаты работы опубликованы в журнале Frontiers in Microbiology.