Mikrob to miluje smrtící

Genom jednobuněčného adaptačního umělce obsahuje strategii přežití

Místo jednobuněčného Natronomonas pharaonis © MPI of Biochemistry
číst nahlas

Jednobuněčný Natronomonas pharaonis se daří všude tam, kde umírá veškerý život - v leptavých alkalických a slaných loužích. Vědci nyní dekódovali svůj genom a odhalili strategii přežití, která umožní mikrobům specifickým pro archaea vzkvétat za smrtelných podmínek prostředí.

Archaea, malé prvoky, jsou pro vědce obzvláště zajímavé, protože mohou žít v extrémních podmínkách prostředí, jako jsou vysoké koncentrace solí, vysoké pH nebo vysoké teploty. Přírodovědci, kteří přežili, jsou pro vědce vzorovými organismy, protože z jejich způsobu života lze vyvodit závěry o prvních organismech Země. Vědci studují mechanismy na tyčinkovitých buňkách o velikosti pouhých pět setin milimetru, které umožňují proliferaci buněk. Vědci z Biochemického ústavu Maxa Plancka pod vedením profesora Dietera Oesterhelta nyní používají genomické a proteomické metody v kombinaci s fyziologickými experimenty, aby demonstrovali ohromující úspěchy extremistů.

Friedhelm Pfeiffer, bioinformatik ve výzkumné skupině, a jeho spolupracovníci vytvořili databázi HaloLex pro halofilní (řecky: „milující sůl“) archaea, ve kterém jsou genová a proteinová data zkoumaných organismů spojena s informacemi o struktuře a funkci. Michaela Falb, Friedhelm Pfeiffer, Peter Palm, Karin Rodewald, Volker Hickmann, Jörg Tittor a Dieter Oesterhelt nyní zpřístupnili a zpřístupnili genetickou informaci halofilního archonu Natronomonas pharaonis jako nejnovější genom. To sestává z asi 2, 6 milionu párů bází a kóduje syntézu 2 843 proteinů.

Dvojnásobně život ohrožující

Natronomonas pharaonis se musí vypořádat s nepřátelskými podmínkami. Byl nalezen v silně alkalických rybnících s pH asi 11 a s extrémní koncentrací soli vyšší než 300 gramů soli na litr vody. Vysoké pH odpovídá koncentrované detergentové solance a obsahu soli okolo obsahu Mrtvého moře.

Na rozdíl od jiných organismů tolerujících sůl mají halofilní archaea extrémně vysoké koncentrace solí v buněčném vnitřku. Proteiny, životně důležité funkční složky živých buněk, se při těchto koncentracích solí obvykle vysrážejí. Ale zvýšený podíl stavebních bloků kyselých aminokyselin v proteomu zajišťuje, že proteiny zůstávají stabilní i při vysokých koncentracích solí. Jako adaptace na extrémně vysoké externí pH má N. pharaonis také mírně zvýšené pH v buňce. zobrazit

Dýchací řetězec neporušený

Pro buněčné složky, které jsou v přímém kontaktu s okolní solankou, jsou zapotřebí zvláštní strategie: buněčná membrána a proteiny, které musí fungovat mimo buňku. Důležité funkce metabolismu energie, jako je respirační řetězec, jsou zabudovány do buněčné membrány a musí být přizpůsobeny nepříznivým vnějším okolnostem. Přes podrobnou bioinformatickou analýzu genomu nebylo dosud jasné, zda N. pharaonis má fungující respirační řetězec a které ionty hrají roli.

Bioinformatka Michaela Falb a biochemik J rg Tittor proto navrhli další experimentální studie, které ukázaly, že Natronomonas pharaonis má ve skutečnosti fungující respirační řetězec, který překvapivě a na rozdíl od jiných, v alkalických podmínkách rostoucích organismů s funguje "normální" proton. To umožnilo vědcům Maxe Plancka vyvrátit dříve platné paradigma, že organismy musejí za alkalických podmínek přepnout na jiné ionty (např. Sodík, Na +).

Aminos uresynthese navzdory vysokému pH

Kromě toho vysoké pH obvykle způsobuje vyčerpání amonia. Protože amonný dusík je nezbytným stavebním kamenem pro aminokyseliny, měla by malá molekula vlastně mít problémy s jejich syntézou. Falb nyní objevil několik způsobů v genomu pro optimální využití výskytu dusíku: prostřednictvím absorpce a metabolismu dusičnanů a močoviny, jakož i účinné absorpce amonia.

K jiné otázce přispěla také spolupráce teoreticky a experimentálně pracujících vědců: Poté, co bioinformatici dokázali předpovědět, že Natronomonas pharaonis dokáže produkovat téměř všechny vitaminy a aminokyseliny, je růstovým médiem pro chov Protozoa se výrazně zjednoduší.

„Srovnání halofilního archaea, které jsme studovali, ukazuje, že tyto organismy mají vysokou plasticitu, s jakou se mohou přizpůsobit proměnlivým extrémním podmínkám prostředí. Potěšení z Natronomonas pharaonis s možností zjednodušení živného média otevírá nové možnosti pro experimentální výzkum metabolické sítě, “vysvětluje Dieter Oesterhelt.

(MPG, 13.10.2005 - NPO)