Ученые Science раскрыли роль инфузорий рубца в метане у коров через «водородные тела»

Может ли ключ к снижению климатического воздействия животноводства скрываться в кишечнике коровы? Ответ на этот вопрос предложило новое исследование, опубликованное в журнале Science, где ученые раскрыли механизм участия инфузорий рубца в образовании метана (CH₄) у жвачных животных.

Работу провели профессор Мяо Вэй из Института гидробиологии (ИГБ) Китайской академии наук (КАН) совместно с исследователями из Нанкинского сельскохозяйственного университета, Цзянханьского университета, Цзилиньского сельскохозяйственного университета и Северо-Западного политехнического университета.

Метан относится к сильным парниковым газам и играет заметную роль в процессе глобального потепления. Существенная часть его выбросов связана с деятельностью человека, включая животноводство, выращивание риса, а также добычу и использование ископаемого топлива. При этом на долю жвачных животных, таких как крупный рогатый скот и овцы, приходится более 30% антропогенных выбросов метана.

В организме жвачных животных метан образуется в ходе анаэробного брожения в рубце. Значительную часть микробной массы здесь составляют инфузории, доля которых может достигать 50%. Эти простейшие давно рассматриваются как важный источник метана, однако их точная роль оставалась недостаточно изученной.

Для прояснения механизмов исследователи создали крупнейший на сегодняшний день геномный каталог инфузорий рубца в рамках проекта «10 000 геномов простейших» (P10K). База данных включает 450 геномов, охватывающих шесть семейств и 18 родов.

На основе морфологических и функциональных признаков инфузории рубца разделили на две группы — Vestibuliferida, у которых реснички покрывают всю поверхность клетки, и Entodiniomorphida, у которых реснички сосредоточены в области рта. Также были разработаны анаэробные системы культивирования для трех модельных видов, что создало основу для дальнейших экспериментов.

Главным открытием стало выявление ранее неизвестного одномембранного органелла, производящего водород, который получил название «водородное тело». В отличие от двухмембранной гидрогеносомы, этот органелл содержит специфические гидрогеназы и кислородредуктазы, что позволяет одновременно синтезировать водород и поглощать кислород.

По данным исследования, «водородное тело» играет ключевую роль в метаногенезе рубца. Оно обеспечивает образование водорода — основного субстрата для метаногенов — и поддерживает анаэробные условия. Это делает органелл потенциальной мишенью для технологий снижения выбросов метана у жвачных животных.

С использованием созданного геномного каталога ученые проанализировали около 2000 метагеномных наборов данных рубца. Результаты показали устойчивую связь между инфузориями, метаногенами и уровнем выбросов метана.

Особое внимание уделено распределению «водородных тел». Они концентрируются в областях, богатых ресничками, и значительно чаще встречаются у Vestibuliferida — их количество в десятки раз превышает показатели Entodiniomorphida. Это объясняет более высокий вклад первой группы в образование метана и выделяет ее как основную цель для стратегий сокращения выбросов.

Исследователи отмечают, что полученные данные пересматривают представления о метаногенезе в рубце. В центре процесса оказывается взаимодействие производства водорода и потребления кислорода, опосредованное «водородными телами» инфузорий, что открывает новые направления для разработки климатических решений в животноводстве.

Читайте также: