top of page

Откриване на "бактериален източник на енергия" на възраст 2,5 милиарда години


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.

Предполагаем механизъм на реакция на окисление на фосфит от AMP-зависима фосфит дехидрогеназа или ApdA (жълто).

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.



bottom of page