Изследователите са открили нов вид бактерии, чийто енергиен метаболизъм се основава единствено на окисляването на фосфит във фосфат. За разлика от повечето живи организми, тяхното снабдяване с енергия не зависи от светлината или разграждането на органични вещества. Смята се, че този процес е започнал преди повече от 2,5 милиарда години, вероятно в резултат на една от първите биохимични еволюции на най-старите форми на живот на Земята.
Съставляващ около 0,09 % от общата маса на земната кора, фосфорът е основен елемент в метаболизма на всички живи същества на планетата. Поради високата си реактивност той никога не се среща в природата в елементарната си форма, а се среща под формата на съединения като неорганичен фосфат, фосфит, хипофосфит, фосфин, фосфатни естери и органични фосфонати.
Най-стабилните фосфорни съединения включват фосфати, които са основни компоненти на ДНК, аденозинтрифосфат (или АТФ, основен източник на енергия за повечето клетъчни функции), фосфолипиди (които изграждат клетъчните мембрани) и др.
Предполага се, че превръщането (чрез окисление) на фосфита във фосфат може да служи и като източник на енергия за някои микроорганизми. По-специално, този процес би осигурил енергия само в присъствието на фосфит, без да изисква светлина (както при фотосинтезиращите организми) или разграждане на органични вещества.
Въпреки че тази хипотеза беше предложена през 80-те години на миналия век, липсваше ключов елемент, за да се разбере точният биохимичен механизъм: ензимът, необходим за реакцията. Въпреки това неотдавнашното откриване на анаеробни бактерии, които получават енергия единствено от фосфит, изглежда подкрепя тази хипотеза. Екип от университета в Констанц (Германия) успя да изолира тези микроорганизми, за да проучи по-подробно енергийния им метаболизъм. Резултатите им, публикувани в платформата PNAS, най-накрая им позволяват да открият известния ензим, необходим за този процес.
Бактерии, които се хранят изключително с фосфит
Фосфитът се произвежда естествено от мълнии и вулканични изригвания и се среща в малки количества в естествените водни екосистеми и в пречиствателните станции за отпадъчни води. Окислението му от живи организми е наблюдавано за първи път при Desulfotignum phosphitoxidans, анаеробна бактерия, живееща в морските седименти. По-късно екип от Университета в Констанца открива друг вид, Phosphitispora fastidiosa, който също черпи енергия от фосфит и е изолиран от утайки от пречиствателни станции. Когато той е култивиран в среда, в която източник на храна е само фосфитът (т.е. без кислород, светлина или органични вещества), той се размножава.
"Тази бактерия оцелява чрез окисляване на фосфит и, доколкото ни е известно, единствено чрез тази реакция", обяснява съавторът на изследването Бернхард Шинк в съобщение за пресата от университета в Констанц. "По този начин тя осигурява енергиен метаболизъм и в същото време може да изгражда клетъчното си вещество от CO2", добавя той.
"Много изненадващо е, че по време на процеса на окисление фосфитът изглежда се комбинира директно с прекурсора на енергийния носител AMP, което води до енергийния носител ADP", обяснява Николай Мюлер, също един от съавторите на изследването.
По-конкретно, с помощта на триизмерно моделиране на структурата и активационния център е установено, че ензимът катализира окислението на фосфит в присъствието на аденозин монофосфат (АМФ), за да образува аденозин дифосфат (АДФ). В последваща реакция двата образувани АДФ се превръщат в един АТФ.
Процес, който е започнал още на първичната Земя
Според експертите това е не само нов вид бактерия, но и принадлежи към род, който никога не е бил регистриран преди. Резултатите от изследването показват по-специално, че реакцията на фосфорилиране протича изключително за сметка на фосфит, което е много необичайно за жив организъм.
Comments