Pasivní a přesto úspěšná životní strategie - genomická a ekologická analýza volně žijící populace abundantního druhu sladkovodní bakterie Polynucleobacter

Mezinárodní tým vědců pod vedením Dr. M. Hahna z Rakouské akademie věd (za BC AV ČR se podíleli Jitka a Jan Jezberovi a Karel Šimek) detailně geneticky a fyziologicky popsal důležitý druh sladkovodní bakterie (Polynucleobacter necessarius ssp. asymbioticus), která je téměř všudypřítomná ve stojatých vodách a tvoří v průměru cca. 20% všech heterotrofních bakterií. Její genom vykazuje důležité prvky zjednodušení a redukce velikosti (2,1 Mb), kódující pouze nejdůležitější funkce. Navíc i genetická diverzita uvnitř skupiny těchto bakterií byla identifikována jako minimální. Přesto jsou tyto bakterie schopny přežívat ve značně dynamickém prostředí, kde dochází k velkým změnám parametrů prostředí. Takto redukovaný genom je typický pouze pro mořské bakterie, které ovšem žijí, v porovnání s rodem Polynucleobacter, ve velmi stabilním prostředí. Bakterie patřící k P. n. ssp. asymbioticus byly tudíž popsány jako první sladkovodní bakterie, pro které je typická značně „pasivní", ale přesto vysoce úspěšná životní strategie.

Bakteriální taxon Polynucleobacter necessarius ssp. asymbioticus představuje skupinu sladkovodních planktonních bakterií s kosmopolitním rozšířením ve stojatých vodách. Tvoří mezi <1% až 70% celkového bakterioplanktonu (v průměru kolem 20%) v rozličných habitatech. Všudypřítomnost taxonu byla nedávno vysvětlena pomocí intra-druhové ekologické diverzifikace, tj. adaptace jednotlivých podskupin na specifické parametry prostředí. Detaily určující tuto adaptaci jsou zatím bohužel neznámé. V této práci jsme se pomocí analýzy bakteriálního genomu a specifických experimentů pokoušeli vysvětlit ekologickou adaptaci populace Polynucleobacter v malém horském jezeře s nízkým pH.

Zkoumaná populace tvořila v průměru 11% celkového bakterioplankonu v jezeře během vegetační sezóny. Z hlediska genetické diverzity je tato populace neobvykle stálá. Tyto bakterie jsou charakterizovány malým genomem (2,1 Mb), malým množstvím genů, které se podílejí na transdukci signálů z prostředí, nepohyblivostí bez schopnosti koordinovat expresi genů pomocí quorum sensing. Experimenty naznačují, že tyto bakterie žijí chemoorganotrofně a k výživě používají substráty s nízkou molekulovou hmotností pocházející z fotooxidace humických látek.

Vysoce pasivní životní styl těchto bakterií se vyvinul díky maximálnímu zjednodušení jejich genomu. Tento rys byl dosud popsán pouze u bakterií z moře, které ovšem žijí v stabilním, na živiny chudém prostředí. Překvapivě je tento životní styl úspěšný i ve vysoce dynamickém a na živiny bohatém prostředí, jaké reprezentuje vodní sloupec zkoumaného jezera. Navíc, tento mělký ekosystém prochází kompletním každodenním mícháním a jasně definovanou stratifikací. Metabolická a ekologická všestrannost není tedy pravděpodobně předpokladem pro udržení dlouhotrvající početné bakteriální populace při měnících se podmínkách prostředí.

Citace: Hahn MW, Scheuerl T, Jezberová J, Koll U, Jezbera J, Šimek K, Vannini C, Petroni G, Wu QL (2012) The Passive Yet Successful Way of Planktonic Life: Genomic and Experimental Analysis of the Ecology of a Free-Living Polynucleobacter Population. PLoS ONE 7(3): e32772. doi:10.1371/journal.pone.0032772