Цианобактерия Gloeotrichia echinulata способна образовывать заметные скопления даже в прозрачных озерах, из-за чего ее появление вызывает опасения у отдыхающих и специалистов по качеству воды. Однако анализ шести геномов из водоемов США не выявил генов, необходимых для производства известных классических цианотоксинов, в том числе микроцистина. При этом исследователи обнаружили гены вещества, способного портить вкус и запах воды. О том, что именно выяснили ученые и почему результаты не позволяют считать любое цветущее озеро безопасным, — в материале «Известий».

Gloeotrichia echinulata особенно заметна в прозрачных озерах. Ее скопления выглядят как зеленоватые или белые округлые образования, которые могут собираться в плотные массы. Для водоема, внешне кажущегося чистым, такая картина выглядит тревожно. На северо-востоке США эта цианобактерия встречается в том числе в озерах, используемых для отдыха, а период ее наибольшей численности может совпадать с купальным сезоном.

Дополнительным поводом для беспокойства служили результаты прежней работы, допускавшей, что Gloeotrichia может производить микроцистин. Это один из наиболее известных цианотоксинов, поражающих печень. Авторы нового исследования решили проверить, есть ли у изученных популяций генетический аппарат, необходимый для его синтеза.

Исследователи из Лаборатории океанологических наук Бигелоу и Университета штата Орегон изучили образцы Gloeotrichia echinulata из озер на западе и северо-востоке США. Всего они собрали шесть геномов: четыре полных, один почти полный и один черновой. Материал поступил из водоемов Калифорнии, Орегона, Нью-Гэмпшира и Мэна.

Геном позволяет проверить, располагает ли организм набором генов для производства определенного вещества. Это отличается от измерения концентрации вещества в озерной воде: анализ ДНК показывает возможность его синтеза, но сам по себе не устанавливает состав воды в конкретный день.

Работа началась с образца из озера Уиннипесоки в Нью-Гэмпшире. Один из ведущих авторов исследования Робин Слейт не обнаружил в нем генов синтеза микроцистина. Затем он объединил усилия с исследователем Университета штата Орегон Тео Дрехером, изучавшим цианобактерию на западном побережье США. Для получения подробных данных о северо-восточных образцах команда использовала технологию секвенирования длинных фрагментов ДНК Oxford Nanopore.

Сравнение показало, что во всех шести изученных геномах отсутствовали гены синтеза классических цианотоксинов, включая микроцистин. При этом геномы из удаленных друг от друга регионов оказались очень похожи: их средняя идентичность на уровне всего генома составляла 98–99%. Авторы рассматривают их как близкую группу внутри одного вида.

«Возможно, она производит еще не изученные токсины или вещества, которые мы пока не понимаем. Но для известных науке токсинов, представляющих наиболее серьезную острую опасность для здоровья человека, мы не увидели очевидных путей их синтеза», — пояснил Слейт.

Отсутствие изученных генов синтеза токсинов не означает, что массовое размножение Gloeotrichia проходит для водоема бесследно. Во всех шести геномах ученые нашли гены, связанные с производством геосмина — вещества, придающего воде характерный землистый запах и привкус.

Генетический результат указывает на способность цианобактерии производить геосмин, но не показывает, сколько именно этого вещества оказалось в каждом из исследованных озер. Тем не менее его возможное присутствие важно для организаций, занимающихся подготовкой питьевой воды: запах и привкус могут потребовать дополнительной обработки.

Ученые также нашли в геномах особенности, которые помогают объяснить жизнь Gloeotrichia в прозрачных озерах с небольшим количеством питательных веществ. По их данным, цианобактерия способна активно расти на поверхности донных отложений, а затем переходить в толщу воды.

Выявленные гены связаны, в частности, с улавливанием света на глубине, перемещением по поверхности осадка и образованием газовых пузырьков, помогающих удерживаться в воде. Это возможное объяснение того, как вид сохраняется в озере и затем становится заметным у поверхности.

Исследование касается шести изученных геномов одного вида, а не всех цианобактерий в озерах. Авторы допускают, что существуют еще не исследованные популяции Gloeotrichia, способные производить токсины. Также остается возможность образования веществ, токсичность которых пока не изучена.

Есть и другая причина не оценивать безопасность водоема по одному виду: вместе с Gloeotrichia могут размножаться другие цианобактерии, в том числе способные производить опасные соединения. Поэтому результаты генетического анализа не отменяют наблюдения за цветением и проверки воды в озерах, используемых для купания или водоснабжения.

Работа помогает точнее определить источник возможной угрозы. В исследованных американских популяциях Gloeotrichia echinulata не нашлось генетических признаков производства известных классических цианотоксинов, зато обнаружилась потенциальная причина неприятного запаха воды. Чтобы понять риск в конкретном озере, необходимо учитывать весь состав цветения и результаты мониторинга самого водоема.