Мікроб, який порушує закони біохімії

Біолог Ерік Бойд із Університету Монтани вивчає мікроорганізми в екстремальних умовах (так звані, екстремофіли). Його команда виділила штам Hydrogenobacter RSW1 із термального джерела у Єллоустонському національному парку. Температура там становить сотні градусів, хімічний склад змінюється щомиті — це ідеальне місце для еволюційних експериментів самої матінки природи.

Спочатку дослідники натрапили на старі наукові звіти початку 2000-х. У них йшлося про бактерії, які виробляють сульфід у присутності кисню. «Це суперечить підручникам», - згадує Бойд. Кисень повинен блокувати анаеробне дихання. Це базовий принцип мікробіології та біохімії, якого дотримувалися багато десятиліть.

Чому це важливо? Для нас та практично всіх тварин кисень є невід’ємним джерелом життя. Але для багатьох мікроорганізмів на планеті він токсичний. Кисень руйнує молекулярні механізми анаеробного (безкисневого) дихання, точно так, як іржа роз'їдає метал. Тому аеробні та анаеробні організми зазвичай живуть у різних світах: там, де є кисень, і там, де його немає.

Бактерія RSW1 зламала цю парадигму. У лабораторії цей живий організм непогано себе почував та розвивався на водні та сірці без кисню, але без розмноження. При додаванні кисню вона почала активно рости. Але головний сюрприз виявився іншим: бактерія продовжувала виробляти сірководень, що є ознакою анаеробного дихання!

Таким чином, бактерія отримує енергію з обох процесів одночасно. У мінливих умовах термальних джерел, де кисень то з'являється, то зникає, така метаболічна гнучкість є успішною еволюційною перевагою. В один момент часу навколо повно кисню, в наступний його може не бути зовсім. RSW1 просто перемикає режими роботи, не зупиняючись.

Але яким чином клітина захищає анаеробні механізми від руйнівного кисню? Можливо, створює в собі хімічні суперкомплекси, які ізолюють і миттєво поглинають кисень, не даючи йому нашкодити сірчаному метаболізму. Але точний механізм поки що залишається невідомим.

Дане відкриття перевертає уявлення про Велику кисневу подію 2,4 - 2,6 мільярдів років тому (цей період в геологічній історії планети ще називають кисневою катастрофою). У ті далекі часи ціанобактерії почали швидко наповнювати атмосферу киснем за рахунок фотосинтезу, влаштувавши масове вимирання величезної кількості інших видів мікроорганізмів, налаштованих на анаеробне життя. Але організми на кшталт RSW1 показують можливий шлях адаптації - використовувати обидва типи дихання в перехідний період для виживання та розмноження.

Цілком імовірно, що мікроби з подвійним диханням поширені і у наш час. Просто ніхто цілеспрямовано їх не шукав, адже вважалося, що таке неможливе. Скільки ще «неможливих» організмів ховається в екстремальних середовищах нашої планети? А можливо, і в інших світах за межами Землі.