Биофизики раскрыли секрет микробов, живущих в «кипятке»

Российские и британские ученые раскрыли секрет работы белка, который помогает археям, живущим в окрестностях «черных курильщиков» на дне океана, нормально жить и размножаться в почти кипящей воде. Их выводы были представлены в журнале Extremophiles.

«Эти микробы живут в центральной части среднеатлантической гряды, в окрестностях гидротермального поля Ашадзе-1. Они сегодня считаются одними из самых глубоководных и экстремальных архей»,– утверждает Татьяна Петрова из Института математических проблем биологии РАН и ее коллеги. Так называемые экстремофилы, способные выжить при сверхвысоких и низких температурах, при постоянной нехватке пищи и кислорода, считаются прообразом «марсианских» и других «космических» микроорганизмов.

Уже десятки лет ученые находят и изучают подобные микробы, пытаясь понять, способны ли самые стойкие из них выжить на Марсе или землеподобных экзопланетах в рамках «пояса жизни».

К примеру, археи вида Sulfolobus islandicus предпочитают жить в крайне кислой воде геотермальных источников, где температура может доходить до 80 градусов Цельсия. Они окисляют молекулы серы и превращают полученную энергию в питательные вещества.

Биологов давно интересует, почему данные микробы не «варятся» в подобных условиях, и как их белкам удается не терять свою форму. Как передает пресс-служба института, Петрова и ее коллеги сделали большой шаг к раскрытию этой тайны архей, изучая структуру белков еще более экстремального организма, Geoglobus acetivorans, живущего в окрестностях «черных курильщиков» на дне морей Земли. Эти микробы отлично чувствуют себя при температурах, близких к 88^оС, и начинают «мерзнуть» уже при 65^оС.

Ученых интересовало, как в подобных условиях работают ферменты, участвующие в сборке молекул изопреноидов, ароматических углеводородов, играющих ключевую роль в работе различных мембран клеток и сигнальных молекул, а также резины и ряда ароматических экстрактов. Их изучение, в свою очередь, затруднено тем, в каких условиях живут подобные микробы. По этой причине российским и британским биологам пришлось «трансплантировать» гены, которые отвечают за их производство, в ДНК обычной кишечной палочки, вырастить эти ферменты, «заморозить» и получить данные по их структуре, используя ускоритель частиц в Японии.

Как оказалось, эти белки действительно лучше работали и оставались максимально стабильными при высоких температурах окружающей среды, превышающих 60^оС. Кроме того, в отличие от других ферментов такого типа, они владели еще и редкой способностью – могли «переключаться» между производством двух разных типов углеводородов, содержащих в себе различное число атомов. К тому же, по своей структуре они заметно отличаются от аналогичных белков других архей и бактерий, которые не живут в экстремально горячих водах у «горячих курильщиков».

Дальнейшее изучение этих ферментов, как надеются ученые, поможет приспособить их для создания «многофункциональных» катализаторов, синтеза различных веществ в промышленности и исследований в лабораториях.