Раскрыты новые детали механизма переработки водорослей морскими бактериями

Бурые водоросли ежегодно поглощают гигатонны углекислого газа, превращая его в сложные сахара ‒ фукоиданы. Эти соединения считаются одними из самых трудноразлагаемых в океане, и именно они помогают удерживать углерод в морских осадках на долгие годы. Но как микроорганизмам всё же удаётся их расщеплять?

Наши коллеги впервые детально изучили четыре фермента семейства GH141 из бактерии Wenyingzhuangia fucanilytica ‒ специалиста по расщеплению фукоиданов. Раньше предполагалось, что эти белки действуют как «ножницы» для отщепления отдельных молекул фукозы, подобно другим известным ферментам. Но реальность оказалась иной.

Оказалось, что все четыре фермента работают как эндо-фуканазы ‒ они разрезают длинные цепи фукоиданов изнутри, производя короткие сульфатированные олигосахариды. Особенно интересными оказались два из них ‒ Wf141_1 и Wf141_2. При внешней схожести они различаются «почерком»: первый предпочитает «разрезать» участки с двойным сульфированием, а второй ‒ участки с чередующимся расположением сульфатных групп.

Используя современные методы биоинформатики (включая SSN-кластеризацию и анализ CUPP), исследователи показали, что изученные ими белки образуют отдельные кластеры в сети сходства последовательностей семейства GH141 ‒ далеко от ранее охарактеризованных ферментов, работающих с пектином или ксиланом. Это открытие позволяет по-новому взглянуть на то, как морские бактерии перерабатывают водорослевую биомассу.

Практический интерес к таким ферментам не ограничивается климатической повесткой. Фукоиданы обладают противоопухолевой и антикоагулянтной активностью, и умение получать их фрагменты с заданной структурой открывает путь к созданию новых лекарств. А понимание того, как бактерии справляются со сложнейшими природными полимерами, помогает учёным моделировать углеродный цикл океана точнее.

Работа, по словам авторов, пересматривает роль семейства GH141: это не вспомогательные «фукозидазы», как думали раньше, а ключевые игроки в деградации фукоиданов. А значит, морские бактерии вооружены куда более разнообразным арсеналом ферментов, чем считалось до сих пор.

Результаты опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.