В процессе разложения природного «биопластика» определенные виды бактерий формируют внутри своих клеток уникальные полимеры, которые служат им источником углерода и энергии. Согласно результатам научных изысканий, способность к переработке этих веществ свойственна разнообразным животным и берет свое начало у их отдаленного общего предка.

Полигидроксиалканоаты, известные как PHA, представляют собой соединения, которые различные бактерии используют для хранения питательных веществ и энергии. Эти вещества классифицируются как природные биопластики, поскольку они являются полиэфирами, применяемыми в производстве биоразлагаемых пластических материалов. В условиях избытка питательных веществ микроорганизмы запасают углерод внутри клеток в виде гранул, которые затем могут быть использованы при необходимости. В естественной среде РНА играет важную роль в метаболизме бактерий и служит значительным резервом углерода. Ранее предполагалось, что способность к разрушению этих запасов свойственна преимущественно самим микроорганизмам.

В рамках нового исследования авторы решили установить, обладают ли подобной способностью и животные. В качестве объекта изучения был выбран морской червь Olavius algarvensisЭтот организм не обладает ни ртом, ни кишечником; он получает питание благодаря симбиотическим бактериям, обитающим непосредственно в его тканях. Эти бактерии обеспечивают хозяина необходимыми компонентами, после чего часть их переваривается самим червем. Один из видов этих симбионтов способен накапливать значительное количество PHA.

В ходе анализа генома червя ученые обнаружили ген фермента, который способен расщеплять длинные цепи PHA на более мелкие соединения. Этот ген, как выяснилось, интегрирован в геном червя и обладает характеристиками обычного животного гена. В дальнейшем, исследователи синтезировали соответствующий белок в лабораторных условиях и добавили его к одному из распространенных видов PHA. Эксперимент подтвердил способность фермента разрушать полимер, причем по своей эффективности он сопоставим с аналогичными ферментами у бактерий, для которых это свойство давно известно. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.

Далее ученые проследили за тем, какие ткани организма червя участвуют в этом процессе. Выяснилось, что необходимый фермент синтезируется во внешних тканях — именно там происходит переваривание симбиотических бактерий. Кроме того, у животного были обнаружены другие белки, которые обеспечивают дальнейшее использование продуктов распада PHA в метаболических процессах. Исследователи полагают, что таким образом червь получает доступ не только к обычным веществам из клеток бактерий, но и к их внутренним энергетическим резервам.

Анализ генетических баз данных выявил наличие схожих генов у более чем шестидесяти видов животных, представляющих различные таксономические группы, включая губок, моллюсков, членистоногих и кольчатых червей. Для подтверждения функциональности этих генов исследователи провели отдельные эксперименты с ферментами, выделенными из губки, дождевого червя и коллемболы — небольшого почвенного членистоногого.

В ходе проведенных исследований было установлено, что белки действительно способны разрушать PHA. Аналогичные ферменты были обнаружены и у некоторых одноклеточных организмов.

Исследователи выдвинули гипотезу о том, что способность к расщеплению PHA возникла на ранних этапах эволюции и, возможно, присутствовала у общего предка животных. Впоследствии различные линии могли сохранять или утрачивать эту способность в зависимости от их образа жизни и рациона питания.

Наибольшую выгоду от подобной возможности, вероятно, получают виды, которые регулярно взаимодействуют с бактериями, потребляют их или питаются разлагающимися органическими веществами. В то же время авторы исследования отметили необходимость дальнейшего изучения происхождения этого механизма на более широком спектре видов.