Микробы подводных вулканических хребтов пролили свет на эволюцию дыхания

Микробы подводных вулканических хребтов пролили свет на эволюцию дыхания

Биологи впервые досконально изучили белковый комплекс MHB, выделенный из микроорганизма вида Pyrococcus furiosus. Этот фермент участвует в дыхании микроба. Исследование проливает свет на эволюцию аналогичного комплекса у человека. О достижении рассказывает научная статья, опубликованная в журнале Cell командой во главе с Хуэйлинь Ли (Huilin Li) из Института Ван Аделя, Франция.

Вид P. furiosus относится к археям. Эту группу прокариот когда-то относили к бактериям, но позже выделили в отдельное надцарство. Микроб обитает в горячих источниках на дне океана. Оптимальная температура для его роста составляет 100 oC, то есть данный организм относится к гипертермофилам.

Биологов давно интересует его дыхательная система. Поясним прежде всего, что дышать можно не только кислородом. Существует и анаэробное дыхание, служащее той же самой цели, что и обычное: извлечь из пищи энергию и запасти её в молекулах АТФ.

Представители вида P. furiosus в кислороде не нуждаются. Они используют уникальную «технологию»: расщепляют молекулы воды и окисляют добытым кислородом полученный из пищи углерод. В результате микроб, «как и все нормальные люди», выдыхает углекислый газ, но вместе с ним ещё и свободный водород. Этим и объясняется интерес учёных к данной «особе»: они рассчитывают приспособить этого представителя архей для синтеза экологически чистого топлива.

Упомянутый фермент MHB играет важную роль в этом процессе. Специалисты давно пришли к выводу, что это «родственник» комплекса I, отвечающего за дыхание человека. Обе молекулярные системы были унаследованы от общего предка, а затем их эволюционные пути разошлись.

Это очень интригующе, так как общий предок столь далёких друг от друга организмов, как люди и археи, должен быть близок к гипотетическому прародителю всего живого. При этом есть веские основания полагать, что MHB сохранил больше черт «прототипа», чем человеческий фермент.

Дело в том, что биологи считают вид P. furiosus «беглецом». Когда-то на всей нашей планете царили условия, в которых сейчас живёт этот экстремофил. Частые извержения вулканов и гейзеров разогревали поверхность, а никакого свободного кислорода не было и в помине.

Когда условия окружающей среды меняются, у живых организмов есть три пути: погибнуть, приспособиться или найти место, похожее на «дом, милый дом». Представители вида P. furiosus пошли по третьему, мигрировав в, так сказать, привычный для них климат. Мы называем его экстремофилом, но с точки зрения микроорганизма, экстремофилы как раз мы.

Как бы то ни было, данный организм представляет собой «живые консервы». Его биохимические механизмы – реликты далёких времён, проливающие свет на эволюцию всего живого, в том числе и человека разумного.

Вот поэтому группа Ли взялась за доскональное изучение структуры комплекса MBH. Учёные использовали передовой криоэлектронный микроскоп, у которого всего лишь около сотни аналогов на все научные лаборатории мира. Благодаря этому оборудованию строение фермента было выяснено с рекордной точностью, почти доходящей до координат каждого отдельного атома.

Выяснилось, что HMB удивительно похож на аналог в организме человека.

«Природа действительно хороша в том, чтобы находить молекулы, которые работают, а затем изменять их и использовать снова и снова. Это яркий пример, – комментирует Майкл Адамс (Michael Adams) из Университета Джорджии, соавтор исследования. – Знание структуры MBH даёт нам новое представление о том, как развился комплекс I и как он может работать».

Конечно, существуют и различия. Комплекс I имеет несколько дополнительных петель, которые позволяют ему взаимодействовать с большим количеством молекул. Вероятно, это адаптация к кислородному дыханию.

«Определение структуры MBH заполняет некоторые важные пробелы, указывая, как жизнь приспосабливалась к радикальным изменениям в окружающей среде на протяжении эпох», – резюмирует Ли.

Напомним, что «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) не впервые рассказывают об эволюции дыхания. Например, мы говорили о растении, которое ни много ни мало разучилось дышать самостоятельно. Не обошли мы стороной и обитателей геотермальных вод океанического дна, рассказав об их роли в балансе углерода.

19:23