Геномное исследование бактерий, вырабатывающих водород, выявило совершенно новые кластеры генов, способные вырабатывать большие объемы водорода.

Vibrionaceae — семейство морских бактерий, известных своей биолюминесценцией, но также печально известных тем, что в их число входит возбудитель холеры.

Vibrionaceae не были привлекательными объектами для производства биотоплива , но другая уникальная особенность этого семейства — их способность вырабатывать большие объемы газообразного водорода путем расщепления вещества, называемого формиатом, на углекислый газ и водород посредством ферментации — теперь стала потенциальным решением для зеленой энергетики.

Теперь группа ученых, в которую входят профессор Томоо Савабэ с факультета рыбного хозяйства Университета Хоккайдо, Рамеш Кумар Натараджан из Национального института междисциплинарных наук и технологий (Индия) и Фабиано Томпсон из Федерального университета Рио-де-Жанейро (Бразилия), использовала секвенирование генома для изучения механизма, лежащего в основе этого биохимического феномена.

Результаты их исследования опубликованы в журнале Current Microbiology.

Исследователи изучили все 16 известных видов Vibrionaceae, которые часто встречаются в симбиотических отношениях с глубоководными животными. Они сосредоточились на последовательности и структуре кластера генов формиатгидрогенлиазы Hyf-типа (FHL).

Фермент гидрогеназа из этого кластера генов катализирует расщепление формиата на водород и углекислый газ. Этот комплекс также обнаружен в Escherichia coli, другой бактерии, которая может генерировать водород посредством ферментации, хотя и в гораздо меньших количествах, чем Vibrionaceae.

«Эти анализы выявили неожиданное разнообразие кластеров генов FHL и взаимосвязей между кластерами генов и функцией в способности вырабатывать водород», — объясняет Савабе.

Команда обнаружила два новых типа кластеров генов FHL среди Vibrionaceae, доведя общее число кластеров генов FHL у этих бактерий до шести. Они предполагают, что это разнообразие в структуре кластера является результатом видообразования среди Vibrionaceae, поскольку они адаптировались и эволюционировали, чтобы занять ряд экологических ниш.

Исследование также выявило различия в брожении и выработке водорода, связанные с различными кластерами генов FHL. Vibrio tritonius, морской вид , и Vibrio porteresiae, обнаруженный в диком рисе , обитающем в мангровых зарослях , показали самые высокие уровни выработки водорода, тогда как Vibrio aerogenes и Vibrio mangrovi показали самые низкие.

Была обнаружена корреляция между уровнем выработки водорода и тем, насколько хорошо бактерии способны поглощать формиат обратно в свои клетки.

«Эти генотипы усиливают метаболизм формиата как возможный ключевой фактор в поддержании ферментативного производства водорода в определенных группах вибрионов», — заключает Савабе.

Результаты подтверждают предположение исследователей о том, что некоторые виды эволюционировали с целью более высокой выработки водорода из-за необходимости детоксикации формиата из окружающей среды — они называют это гипотезой детоксикации формиата.

Полученные результаты также могут пролить свет на эволюцию водородной ферментации у других видов бактерий, таких как E. coli.