Unikátní bakterie z Alpského jezera mění svůj metabolismus podle ročního období

Nedávno objevená bakterie Sphingomonas glacialis je schopná získávat energii ze světla hned dvěma způsoby, jak popsal tým českých vědců z Mikrobiologického ústavu AV ČR – Centra Algatech v Třeboni a jejich rakouští kolegové z Univerzity v Innsbrucku.

Během zimy a nedostatku světla čerpá energii pomocí bakteriochlorofylu, tedy pigmentu podobného tomu, jaký mají sinice, řasy a vyšší rostliny. Na rozdíl od nich se ale na konci bakteriální fotosyntézy nevyvíjí kyslík a nefixuje se ve významném množství oxid uhličitý. Bakterie také využívají světla jiných vlnových délek. 

Od listopadu do června je jezero Gossenköllesee v Tyrolských Alpách v nadmořské výšce 2417 m ukryté pod sněhem a ledem, o dostatku světla se tedy dá mluvit jen stěží. Během krátké letní sezony, kdy ho je naopak dostatek, se bakterie přepnou na jednodušší xanthorodopsin, který je tvořen pouze retinalem a karotenoidem navázaným na tuto bílkovinou. Tento systém je výhodnější pro intenzivní vysokohorské sluneční záření v průběhu letního období.

Související

Martin Pokorný

Prášilské jezero otevírá podle vědců okno do…

Lukáš Bauer

Zbytky z kapra do koše? Podle vědců ani náhodou

„Můžeme si to představit tak, že bakterie fungují v letním a zimním režimu. Když je světla dostatek, stačí jednoduchý systém, když je ho málo, zapíná bakterie složitější a zároveň výkonnější systém. Oba vedou k tomu, že má dostatek energie k životu. V každém případě si bakterie takto získanou energií pouze přilepšují v prostředí průzračného horského jezera, kde je nedostatek živin,“ vysvětluje Karel Kopejtka z Mikrobiologického ústavu AV ČR.

Unikátní adaptace na prostředí

Vědcům z Třeboně nestačí si buňky prohlédnout jen pod mikroskopem. Že bakterie obsahují oba systémy, naznačila analýza genů, bakterie totiž měly geny pro oba systémy. To, že jsou ale oba funkční, prokázala až tzv. transientní absorpční spektroskopie. „Tato velmi citlivá optická metoda zaznamenává rychlé změny v absorbci studovaných systémů vyvolané několik miliontin sekundy dlouhými záblesky,“ popisuje metodu vedoucí výzkumného týmu Michal Koblížek.

Objev dvou systémů k získávání energie ze světla, které vedle sebe existují v jedné buňce, svědčí o unikátní adaptaci na prostředí. Oblast jezera Gossenköllesee je poměrně nehostinné prostředí s minimem živin a zanedbatelným vlivem člověka. Právě proto ji již od roku 1933 soustavně navštěvují vědci z univerzity v rakouském Innsbrucku, kteří zde studují schopnost organismů přizpůsobit se extrémnímu prostředí vysokohorských jezer. Jezero je také jedním z významných míst, kde se pozorují dlouhodobé dopady lidské činnosti a globální změny klimatu.

Bakterie Sphingomonas patří do prastaré skupiny tzv. aerobních anoxygenních fototrofních bakterií. „Tyto bakterie představují určitý vývojový mezistupeň mezi anaerobními fotosyntetickými bakteriemi a sinicemi. V průběhu evoluce se přizpůsobily zvyšující se koncentraci kyslíku v atmosféře a dnes kyslík ke svému životu potřebují,“ dodává Karel Kopejtka.

Zdroj: Mikrobiologický ústav AV ČR, PNAS