Микроб, нарушающий законы биохимии

Биолог Эрик Бойд из Университета Монтаны изучает микроорганизмы в экстремальных условиях. Его команда выделила штамм Hydrogenobacter RSW1 из термального источника в Йеллоустонском национальном парке. Температура там зашкаливает, химический состав меняется каждую секунду — это идеальное место для эволюционных экспериментов самой матушки природы.

Сперва исследователи наткнулись на старые научные отчёты начала 2000-х. В них говорилось о бактериях, производящих сульфид в присутствии кислорода. «Это противоречит учебникам», — вспоминает Бойд. Кислород должен блокировать анаэробное дыхание. Это базовый принцип микробиологии, которого придерживались многие десятилетия.

Почему это важно? Для нас и практически всех животных кислород является источником жизни. Но для многих микроорганизмов на планете он токсичен. Кислород разрушает молекулярные механизмы анаэробного (бескислородного) дыхания, точно так, как ржавчина разъедает металл. Поэтому аэробные и анаэробные организмы обычно живут в разных мирах: там, где есть кислород, и там, где его нет.

Бактерия RSW1 сломала эту парадигму. В лаборатории этот живой организм рос и развивался на водороде и сере без кислорода, но без размножения. При добавлении кислорода она начала активно расти. Но главный сюрприз оказался другим: бактерия продолжала производить сероводород, что является признаком анаэробного дыхания!

Таким образом, бактерия извлекает энергию из обоих процессов одновременно. В постоянно меняющихся условиях горячих источников, где кислород то появляется, то исчезает, такая метаболическая гибкость является успешным эволюционным преимуществом. В один период времени вокруг полно кислорода, в следующий его может не быть вовсе. RSW1 просто переключает режимы, не останавливаясь.

Но каким же образом клетка защищает анаэробные механизмы от разрушительного кислорода? Возможно, создаёт внутри себя химические суперкомплексы, которые изолируют и мгновенно поглощают кислород, не давая ему навредить серному метаболизму. Но точный механизм пока остаётся загадкой.

Данное открытие переворачивает представления о Великом окислительном событии 2,4 – 2,6 миллиарда лет назад (его ещё называют кислородной катастрофой). В те далёкие времена цианобактерии начали быстро наполнять атмосферу кислородом за счёт фотосинтеза, устроив массовое вымирание огромного количества других видов микроорганизмов, настроенных на анаэробную жизнь. Но организмы вроде RSW1 показывают возможный путь адаптации — использовать оба типа дыхания в переходный период для выживания и размножения.

Вполне вероятно, что микробы с двойным дыханием широко распространены и в наше время. Просто никто целенаправленно их не искал, ведь считалось, что такое невозможно. Сколько ещё «невозможных» организмов скрывается в экстремальных средах нашей планеты? А возможно и в других мирах за пределами Земли.