Филогенетическое распределение микроорганизмов, разлагающих пластик

Число описанных микроорганизмов, разлагающих пластик, быстро растёт, что позволяет изучать сохранность и распространение предполагаемых признаков разложения пластика среди разнообразных представителей микробного древа жизни. Предполагаемые микроорганизмы-деструкторы традиционных высокомолекулярных полимеров, включая полиамид, полистирол, поливинилхлорид и полипропилен, широко распространены среди бактерий и грибов, однако доказательства разложения пластика большинством этих таксонов ограниченны. Напротив, мы обнаружили убедительные доказательства разложения синтетического полимера — полимолочной кислоты (PLA); виды микроорганизмов, связанные с её разложением, филогенетически консервативны в пределах семейства бактерий Pseudonocardiaceae.

Мы собрали данные о генах и ферментах, связанных с разложением всех видов пластика, и выявили 16 170 предполагаемых ортологов генов разложения пластика, проанализировав общедоступные геномы микроорганизмов. Наибольшее число предполагаемых ортологов — 10 969 — обнаружено для природного полимера полигидроксибутирата (PHB); далее следуют синтетические полимеры полиэтилентерефталат (PET) и поликапролактон (PCL): 8 233 и 6 809 ортологов соответственно. Эти ортологичные гены обнаружены в геномах 6 000 видов микроорганизмов, большинство из которых пока не относят к разлагающим пластик. Кроме того, все эти виды принадлежат к 12 различным типам микроорганизмов, и для представителей лишь 7 из них до настоящего времени описаны микроорганизмы-деструкторы. Мы систематизировали сведения об описанных микроорганизмах, разлагающих пластик, в интерактивном обновляемом филогенетическом древе и базе данных. Это подтверждает глобальное распространение предполагаемых таксонов-деструкторов и их филогенетическое разнообразие, а также позволяет по-новому взглянуть на эволюцию способности микроорганизмов разлагать пластик и определить направления дальнейших исследований.

Значимость: Мы составили наиболее полную на сегодняшний день базу данных микроорганизмов, способных разлагать пластик. Эти данные позволяют изучать филогенетическое распределение таких организмов и их ферментов и показывают, что признаки разложения пластика в основном не сохраняются в ходе филогенетической эволюции. В геномах представителей 12 типов обнаружено 16 170 предполагаемых ортологов генов разложения пластика, что указывает на большой потенциал поиска таких признаков у других таксонов. Помимо базы данных, доступной научному сообществу, мы создали интерактивное филогенетическое древо, отображающее все собранные сведения и облегчающее их визуализацию и анализ. База данных и древо регулярно обновляются с учётом новых публикаций. Мы рассчитываем, что наша работа поможет расширить понимание генетического разнообразия и эволюции признаков разложения пластика у микроорганизмов.