Кыргызстандын ысык булактарынын түпкүрүндө микробиологиялык дүйнөнүн чыныгы кенчтери – термофилдик микроорганизмдер жашырылган.
Бул макалада Кыргызстанда биринчилерден болуп УИАнын Биология институтундагы Экологиялык микробиология лабораториясы Берген университети (Норвегия) менен долбоордун алкагында профессор Нильс Биркеланд жана доцент Чолпон Ѳмүргазиеванын жетекчилигинде геотермалдык булактардын ичинен Ысык-Ата аймагындагы минералдашкан геотермалдык булактардагы Архей доменинин микроорганизмдерин изилдөөгө өзгөчө көңүл бурулду.
Көзгө көрүнбөгөн бул жандыктар өтө жогорку температурага жана көпчүлүк тирүү жандык формалары үчүн ылайыксыз болгон химиялык шарттарга туруштук бере алышат.
Ысык-Ата сыяктуу геотермалдык булактардагы микроорганизмдерди изилдөө – алардын илим менен өнөр жай үчүн мүмкүнчүлүктөрүн ачуу максатын көздөйт.
Ысык жерлерде жашаган Архейлерди изилдөө, жашоонун кандайча өзгөргөнүн билүүгө гана эмес, башка планеталарда да жашоо болушу мүмкүнбү деген суроого жооп табууга да жардам берет.
Деңиз деңгээлинен 1775 метр бийиктигине карабастан, Ысык-Ата -Кыргызстандын эң ысык геотермалдык булактарынын бири. Суусунун температурасы 55-58°Cге чейин жетет, бул көпчүлүк организмдер үчүн өтө эле ысык. Бирок, термофильдик микроорганизмдер, алардын ичинен Архейлер бул шарттарда гүлдөп өсөт.
Жер бетинен миңдеген метр бийиктикке чейин өз касиеттерин жоготпостон жогорку температуранын жана анда термикалык жактан туруктуу микроорганизмдердин сакталышы изилдөөчүлөрдүн өзгөчө кызыгуусун жаратпай койбойт. Себеби, экстремалдык шарттарда жашоонун сырларын ачууга, биотехнологиялык ачылыштарга жол ачууга, жашоонун келип чыгышын изилдөөгө, жаңы дары-дармектерди, өнөр жайда колдонула турган заттарды алууга жол ачат. Кыскасы, Ысык-Ата геотермалдык булагы – илим үчүн баа жеткис кенчтердин да бири.
Термофилдик микроорганизмдер деген эмне?
Термофилдер – бул жогорку температураны жактырган, адатта +45°Cдан жогору температурада ынгайлашып жашай алган микроорганизмдер. Алардын арасында бактериялар, архейлер, кээбир козу карындар да бар. Бирок, архейлер 113°Cге чейинки температурада жашап, илимде өзгөчө орунду ээлеп келет. Алар жогорку температурага гана эмес, кислотага, туздуулукка жана башка экстремалдык шарттарга да туруктуу.
Архейлер – бул бактериялар жана эукариоттор менен эволюциялык байланышы бар жана өздөрүнүн эволюциялык статусун көрсөткөн көптөгөн уникалдуу гено жана фенотиптерге ээ уникалдуу организмдер. Ошондой эле, архейлер биотехнология тармагында, анын ичинде полимераздык чынжыр реакциясы (ПЧР) үчүн термостабилдүү ДНК-полимеразалары (ферменттер) катары кеңири колдонуулуда.
Бактериялардан айырмаланып, архейлер туруктуураак мембраналарга, уникалдуу ферменттерге ээ жана көбүнчө Жердин алгачкы мезгилдеринен бери сакталып калган жашоонун эң байыркы формалары.
Заманбап изилдөөлөр көрсөткөндөй, алар зат айлануусунда маанилүү орунду ээлейт жана биотехнологиялык колдонмолор үчүн, анын ичинде биокатализ, термостабилдүү ферменттерди түзүү жана булганган чөйрөнү тазалоо, биоремидиация үчүн потенциалга ээ.
Ысык- Атанын архейлери
Биздин лаборатория Ысык-Атадан алынган термалдык суунун үлгүлөрүнөн ДНКны (гендик код) бөлүп алып, атайын генетикалык ыкмаларды колдонуу менен жашоонун эң кичинекей формалары болгон Архейлердин түрлөрүн аныктоо ишине 2022-жылдын март айынан тарта киришти.
Суунун үлгүлөрү тешиктери адамдын чачынан да кичинекей болгон атайын фильтрлерден өткөрүлдү (болгону 0,2 микрометр!). (Сүрөт 2.) Эмне үчүн? Себеби, алар суудагы эң майда жандыктарды – микроорганизмдерди кармап калат. Андан кийин, бул үлгүлөр муздак жайда, -20°C температурада кийинки изилдөө этабына чейин сакталат.
Биздин изилдөөнүн жүрүшүндө 16S рРНК гендеринин бөлүктөрүнүн ПЧРи көбөйтүлдү. Бул алар микробдордун ДНКсынын белгилүү бир бөлүгүн таап, анын көчүрмөсүн көп санда кѳбѳйтүшѳт дегенди билдирет. Бул үчүн универсалдуу праймерлерди колдонушат – булар микробдордун ар кандай түрлөрүн аныктоого жардам берген атайын “ачкычтар”.
Андан кийин, бул көчүрмөлөрдү секвенирлѳѳ журѳт – бул алардын генетикалык кодун окуу дегенди билдирет. Акырында, алынган маалыматтардан кайсы микроорганизмдер экендигин аныктоо GenBank маалымат базасы менен салыштырылды.
Натыйжада, эки негизги топ аныкталды: Thaumarchaeota жана Haloarchaea. Жалындуу гейзерлердин түпкүрүнөн Nitrososphaera viennensis, Halarchaeum salinum аттуу кереметтүү Архейлер жаралат.
Thaumarchaeota тобуна кирген Nitrososphaera viennensis аттуу Архей аммиакты ажыратуу жөндөмүнө ээ жана азоттук айлампага активүү катышат.
Булар саркынды сууларды тазалоодо, булганган топурактарды калыбына келтирүүдө жана экстремалдык шарттарда колдонулуучу туруктуу технологияларды иштеп чыгууда жогорку эффектүүлүккѳ ээ.
Haloarchaea тобуна кирген Halarchaeum salinum туздуу чөйрөдө жашоого ыңгайлашкан. Ал органикалык заттарды ажыратып, тузга туруктуу ферменттерди өндүрүүдө колдонулат, ошондой эле биоотун (биотоплива), биопластика жана астробиология сыяктуу келечектеги биотехнологиялар үчүн да маанилүү.[
Бул Архейлердин табылышы Кыргызстандын геотермалдык булактарынын биологиялык ар түрдүүлүгүнө жаңы жарык чачып, мындай изилдөөлѳр Жердеги жашоонун эволюциясы жөнүндөгү түшүнүктү кеңейтет.
Архейлер биздин планетанын алгачкы шарттарында жашаган организмдерге окшош болушу мүмкүн. Ошондуктан, аларды изилдөө жашоонун келип чыгышы жана экстремалдуу чөйрөлөргө ыңгайлашуу механизмдери жөнүндө маанилүү маалыматтарды берет.
Келечекте биздин Экологиялык микробиология лабораториясы Ысык-Ата геотермалдык булагы менен катар Кыргызстандын башка геотермалдык булактарынын микробиологиялык ар түрдүүлүктѳрүн, молекулярдык-генетикалык деңгээлде изилдөөнү пландаштырууда.
Бул изилдөөлөр микробиология, экология жана биотехнология жаатында жаңы ачылыштарга алып келиши тоолугу менен ыктымал.
Жашыруу казынабыз болгон Ысык-Атаны жана башка геотермалдык булактарды коргоо жана изилдөө – келечек муундар үчүн маанилүү милдет!
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Полимераздык чынжыр реакциясы (ПЧР) – лабораториялык ыкма, ДНКнын белгилүү бир бөлүктөрүн көбөйтүү үчүн колдонулат. Бул ыкма чакан үлгүдөн миллиондогон же миллиарддаган көчүрмөлөрдү түзүүгө мүмкүндүк берет. ПЧР молекулярдык биологияда негизги курал болуп саналат жана ал илимий изилдөөлөрдө, диагностикада жана криминалистикада да кеңири колдонулат.
16S рРНК – бардык бактерияларда кездешүүчү, жогору деңгээлде сакталып калган жана универсалдуу ген. Бардык бактерияларда жана археяларда кездешкендиктен, бул аны ар кандай микробдук коомдорду изилдөөдө колдонууга мүмкүндүк берет.
GenBank – 300 000ден ашык организмдердин (тукум деңгээлинде же андан төмөн) жалпыга ачык болгон нуклеотид тизмектерин камтыган кеңири маалымат базасы. Бул тизмектер негизинен жеке лабораториялардан жана ири көлөмдөгү секвенирлөө долбоорлорунан топтом түрүндө жиберилген материалдар аркылуу алынат. Бул базаны АКШнын Улуттук саламаттык сактоо институттарына караштуу Улуттук биотехнологиялык маалымат борбору (NCBI) эл аралык Нуклеотид тизмек маалыматтары боюнча кызматташтыктын (INSDC) алкагында даярдап, тейлейт.
Биоремедиация – микроорганизмдерди (бактериялар, козу карындар ж.б.) колдонуу менен булганган айлана-чөйрөнү, мисалы, топуракты, сууну же абаны тазалоо процесси. Бул микроорганизмдер булгагыч заттарды бузуп (деградациялап) же өзгөртүп, аларды азыраак уулуу кылууга же айлана-чөйрөдөн толугу менен жок кылууга жөндөмдүү.
Шилтемелер:
- Башкы cүрөт com сайтынан алынды, автору Rafael Peier.
- Макала ичиндеги сүрөттөрдү автор сунуш кылды.
- Автордун бул тема боюнча илимий макаласы «Инновационные научные исследования в современном мире» журналында https://perviy-vestnik.ru/wp-content/uploads/2023/04/2023-K-360-1-03_23.pdf жарыяланган.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
