Впервые составлена карта микробиома целой страны

Международная группа исследователей под руководством Ольборгского университета при участии Венского университета впервые систематически картировала микробиом целой страны. В исследовании «Microflora Danica», опубликованном в журнале Nature, были проанализированы более 10 000 образцов окружающей среды со всей Дании — в среднем с интервалом всего около 4 квадратных километров.

Кампания по сбору проб и онтология MFD. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09794-2

Результатом стал атлас датских экологических микробиомов с беспрецедентным пространственным разрешением и функциональной глубиной. Ключевую роль в оценке нитрификаторов — важной группы в глобальном цикле азота — сыграли Майкл Вагнер, Дан Спес и Эндрю Гигер из Центра микробиологии и наук об окружающей среде Венского университета.

Фокус на нитрификаторах: ключевые игроки всё ещё не охарактеризованы

Нитрификаторы в почвенных микробиомах определяют, как долго реактивный азот из удобрений остаётся доступным растениям и когда превращается в экологически вредные формы, попадающие в атмосферу или водоёмы.

Текущее исследование впервые показывает общенациональное распределение этих организмов и выявляет нечто удивительное: две особенно широко распространённые линии — TA-21 среди аммиак-окисляющих архей (AOA) и comammox-Nitrospira Clade B — на сегодняшний день не имеют культивируемого представителя.

Следовательно, этих нитрификаторов пока нельзя изучать напрямую в лаборатории, хотя они доминируют на больших площадях сельскохозяйственных и природных почв соответственно. Кроме того, исследователи обнаружили убедительные доказательства существования широко распространённых, ранее неизвестных и также ещё не культивируемых групп нитрит-окисляющих бактерий.

Почему это важно: удобрения, водоёмы и закись азота

Дания — страна с развитым сельским хозяйством (около двух третей её земель используются для ведения сельского хозяйства). Широкое использование азотных удобрений означает, что большое количество реактивного азота попадает в окружающую среду — с прямыми последствиями для грунтовых вод, прибрежных вод и климата. В сельскохозяйственных почвах нитрификаторы влияют на то, сколько азота из удобрений остаётся в системе — и сколько попадает в водоёмы в виде нитратов или уходит в атмосферу в виде закиси азота (N₂O).

Переудобрение водоёмов приводит к цветению водорослей и появлению мёртвых зон в океанах, а закись азота является мощным парниковым газом, который также способствует разрушению озонового слоя. Разные нитрификаторы производят разное количество N₂O и по-разному реагируют на ингибиторы нитрификации, которые добавляют в удобрения во многих странах для ограничения потерь.

«Понимание того, какие нитрификаторы присутствуют и насколько они многочисленны, открывает большой будущий потенциал для того, чтобы сделать сельское хозяйство более точным, эффективным и устойчивым», — подчёркивают венские исследователи.

Антропогенное влияние обнаруживается в микробиоме

Исследование также документирует, что степень нарушения среды обитания — например, интенсивное земледелие — чётко отражается в микробных профилях. Нарушенные местообитания демонстрируют высокое локальное разнообразие, но более однородны в масштабах всей страны.

Природные же местообитания сохраняют больше общего разнообразия. Эти «микробные отпечатки пальцев» в будущем можно будет использовать для оценки успеха проектов по восстановлению природных экосистем с микробной точки зрения.

Актуальность для Австрии и других стран

Австрия сталкивается с проблемами, аналогичными датским: в обеих странах сельское хозяйство, поступление питательных веществ и защита водных ресурсов формируют экологическую политику. Датские результаты являются модельным случаем для сопоставимых анализов в Австрии — от оптимизации использования удобрений до оценки выбросов парниковых газов из почв.

«Наши результаты показывают, что микроорганизмы, являющиеся ключевыми движущими силами биогеохимических процессов, чувствительны к землепользованию и изменениям окружающей среды», — подчёркивает автор исследования Майкл Вагнер из Венского университета. — «Если мы хотим сделать сельскохозяйственные системы более устойчивыми и серьёзно относиться к защите климата, мы должны систематически учитывать микробиом — как в исследованиях, так и на практике».

Больше информации: C. M. Singleton et al, The Microflora Danica atlas of Danish environmental microbiomes, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09794-2

Источник: University of Vienna