Исследователи из Сколтеха, Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН и других научных организации России и США провели исследование микробных сообществ, обитающих в экстремальных условиях фумарольных полей вулканов Эльбрус (Россия), Ушковский (Россия) и Фудзи (Япония). Авторы выявили наиболее эффективный метод для выделения ДНК из образцов микроорганизмов и показали, что микробные сообщества каждого вулканического региона уникальны и зависят от геохимических условий среды обитания. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Scientific Reports.

Вулканы — одни из наиболее таинственных и притягательных мест на нашей планете. На их склонах и у подножий часто можно увидеть участки, покрытые трещинами или отверстиями в земной коре, через которые выходят горячие газы и пар. Такие участки называются фумарольными полями — они образуются в районах вулканической активности, где магма нагревает подземные воды, превращая их в пар. Даже в таких экстремальных условиях есть жизнь — на фумаролах живут археи и бактерии с удивительными механизмами адаптации, которые до сих пор малоизучены.

«Образцы, собранные на фумаролах, — это очень сложный материал для выделения ДНК. При этом термофильные бактерии, то есть такие бактерии, которые могут жить при экстремальных температурах, имеют интересные адаптационные механизмы. В нашем исследовании мы впервые описали микробные сообщества на фумаролах Эльбруса, Ушковского и Фудзи. На Эльбрусе наши коллеги брали образцы из-под снега, поверхность почвы имела температуру около +22,5°C. На Ушковском вулкане образцы собирали летом из области фумарола с температурой поверхности около +68,4°C. Образцы с Фудзи представляли собой промёрзшие отложения. Сразу после сбора все образцы хранились при температуре -20°C», — поделилась первый автор работы Алла Шевченко, аспирант программы «Науки о жизни» в Сколтехе.

Исследователи использовали разные методы измельчения образцов почвы перед выделением ДНК: вертикальную и горизонтальную гомогенизацию (перемешивание). Метод вертикальной гомогенизации показал лучшие результаты по концентрации выделенной ДНК и количеству обнаруженных архейных последовательностей по сравнению с горизонтальной.

«Больше всего ДНК было обнаружено именно с помощью метода вертикальной гомогенизации. Микробы различаются в зависимости от особенностей каждого вулкана: в почве Эльбруса преобладают бактерии типа кислотобактерий и псевдомонадов. На фумаролах Ушковского обнаружено много архей группы кренархиота. Замороженная почва Фудзи менее богата микроорганизмами, но всё же там присутствуют актиномицеты и другие виды бактерий», — сообщил соавтор и научный руководитель исследования Михаил Гельфанд, профессор, вице-президент по биомедицинским исследованиям Сколтеха.

Полученные данные подчеркивают важность выбора подходящего метода обработки образцов, особенно в условиях экстремальных условий. Микроорганизмы, обитающие в фумаролах, являются чувствительными индикаторами изменений окружающей среды. Их адаптация отражает реакцию экосистем на такие факторы, как температура, влажность, кислотность и содержание металлов. Изменение структуры и состава бактериальных и грибковых сообществ может свидетельствовать о глобальном потеплении, изменениях температурных режимов и влиянии воздействия человека.