Животные научились расщеплять бактериальный «биопластик» сотни миллионов лет назад

Полигидроксиалканоаты, или PHA, — это вещества, которые многие бактерии используют как запас углерода и энергии. Эти полимеры называют природными биопластиками, поскольку из них сегодня производят биоразлагаемые пластиковые материалы. Когда питательных веществ вокруг много, микроорганизмы откладывают избыток углерода внутри клетки в виде гранул, а при необходимости снова расходуют этот запас.

До сих пор считалось, что разрушать такие запасы умеют главным образом сами микроорганизмы. Авторы нового исследования решили проверить, способны ли делать это и животные. Они обратили внимание на морского червя Olavius algarvensis, у которого нет ни рта, ни кишечника: он получает питание благодаря бактериям, живущим прямо в его тканях.

Фермент, переваривающий биопластик

Исследователи нашли в геноме червя ген фермента, который способен разрезать длинные цепочки PHA на более простые соединения. Анализ показал, что этот ген встроен в геном червя и имеет признаки обычного гена животного. Затем ученые получили соответствующий белок в лаборатории и добавили его к одному из распространенных видов PHA — фермент действительно начал разрушать полимер. По эффективности он оказался близок к похожим ферментам бактерий.

Результаты исследования опубликовал журнал Nature Ecology & Evolution. После этого ученые посмотрели, где именно этот механизм работает в организме червя. Оказалось, нужный фермент образуется в наружных тканях — как раз там, где находятся и перевариваются бактерии-симбионты. Кроме того, у животного обнаружили другие белки, которые позволяют дальше использовать продукты распада PHA в обмене веществ.

Древнее наследство

Поиск по генетическим базам показал похожие гены более чем у 60 видов животных из разных групп, в том числе у губок, моллюсков, членистоногих и кольчатых червей. Чтобы проверить, работают ли эти гены на самом деле, ученые отдельно исследовали ферменты губки, дождевого червя и коллемболы — мелкого почвенного членистоногого. Во всех случаях белки действительно разрушали PHA. Похожие ферменты нашли и у некоторых одноклеточных организмов.

Ученые предположили, что способность расщеплять PHA появилась очень давно и, возможно, уже была у общего предка животных. В дальнейшем разные линии могли сохранять или терять ее в зависимости от образа жизни и питания. Особенно полезной такая способность должна быть у видов, которые постоянно контактируют с бактериями, поедают их или питаются разлагающимся органическим материалом.

Авторы научной работы, однако, подчеркнули, что происхождение этого механизма еще предстоит уточнить на большем числе видов.