Солелюбивые микроорганизмы нашли «третий путь» обмена веществ

Обмен веществ у ряда микроорганизмов, приспособившихся к жизни в условиях сверхвысокой концентрации солей, включает ранее неизвестный цикл химических превращений, предназначенный для производства энергии и «строительных блоков» организма, говорится в статье, опубликованной в журнале Science учеными из России, США и Германии.

Мария Хомякова из Института микробиологии имени Виноградского и ее коллеги изучали обмен веществ у галофильных (солелюбивых) архей - одноклеточных организмов, отличающихся как от бактерий, так и от всех других организмов, клетки которых имеют ядра (эукариоты). Это открытие расширяет представления о возможных «стилях жизни» и, возможно, будет полезно при поисках микроорганизмов на других планетах.

«В геноме археи Haloarcula morismortui мы обнаружили два гена, кодирующие два фермента, которых не было нигде в геномах других микроорганизмов. Они участвуют в азотном обмене у бактерий, но у этих архей их быть не должно. Нас смутило наличие данных генов, и, как потом оказалось, это были ключевые ферменты ранее неизвестного цикла», - сказала Хомякова в интервью РИА Новости.

Одним из центральных частей процесса дыхания, в ходе которого образуется энергия и выделяется СО2, является так называемый цикл трикарбоновых кислот (или цикл лимонной кислоты), открытый в 1950-е годы немецким ученым Хансом Кребсом. В результате этого процесса промежуточные продукты распада углеводов, жиров и белков, в частности, ацетаты, преобразуются в углекислый газ с синтезом аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) - главного «топлива» клеток.

В 2007 году у некоторых организмов был открыт другой, альтернативный путь обмена веществ, так называемый цикл этилмалонила (Ethylmalonyl-CoA), который характерен для микроорганизмов, использующих ацетаты и этиловый спирт.

«Однако Haloarcula morismortui не обладали минимальным набором генов, необходимых для работы этилмалонилового пути... Следовательно, они должны были использовать третью стратегию для переработки ацетатов», - говорится в статье.

Этой третьей стратегией оказался так называемый метиласпартатный цикл. В нем примерно в три раза больше реакций, чем в «обычном» цикле, кроме того, в него в отличие от всех других известных циклов обмена веществ включаются реакции с азотными соединениями - с аммиаком и аммонием.

«Мы впервые в мире обнаружили этот третий путь. Он характерен только для этой группы, не универсален, но то, что он существует, это факт. До этого не было даже намека, что подобное может существовать», - сказала Хомякова.

Вместе с тем, добавила она, не исключено, что могут быть обнаружены и другие микроорганизмы, использующие «третий путь».

«Вероятно, это связано со средой обитания, ведь мы работали с экстремальными галофилами, которые живут в среде с очень высоким содержанием солей. Может быть, это связано с адаптацией к таким экстремальным условиям среды», - сказала Хомякова.

По ее словам, изученные ею и ее коллегами археи способны выживать в условиях концентрации соли, доходящей до 3-4 моль на литр.

По мнению ученых, солелюбивые археи могли унаследовать свой необычный обмен веществ от своих предков, микроорганизмов-метаногенов, приспособив под свои нужды их набор генов.

Исследование экстремофилов, микроорганизмов, приспособившихся к экстремальным условиям, может иметь большое значение для поиска внеземной жизни. В частности, исследование галофильных организмов может помочь понять, какие существа могли бы обитать на Марсе. Согласно современным данным, жидкая вода, которая могла существовать на Марсе миллиарды лет назад, отличалась экстремально высокой концентрацией соли.

С другой стороны, эти работы могут привести к обнаружению принципиально новых, ранее считавшихся невозможными биологических механизмов. Так, в 2010 году ученым впервые удалось обнаружить живой организм, в котором произошла замена одного из считавшихся абсолютно незаменимым «кирпичиков» жизни - фосфора - на мышьяк.

Астробиологи НАСА под руководством Фелисы Вольф-Саймон (Felisa Wolfe-Simon) выяснили, что один из «кирпичиков» ДНК - фосфор - может заменяться мышьяком по крайней мере у одного вида бактерий, обнаруженных ими в соленом озере на востоке Калифорнии.