Микроорганизмы:

Кокки

News image

Кокки (от греч. kókkos — «зерно») — бактерии шаровидной формы. Диаметр 1— 2 мкм, неподвижны, не образуют спор, ...

Возникновение и развитие микроорганизмов

News image

Формирование планеты Земля происходило около 3,5 миллиардов лет назад, этот этап ее развития назывался догеологическим. ...

Основы вирусологии:

Основные виды простейших, вызывающих заболевания у человека. Кл. Жгутиконосцы

Основное отличие простейших этого класса — наличие на одной из стадий развития жгутика — одного или нескольких. Наибол...

Схема выделения возбудителя малярии и амебной дизентерии

  Малярия Окр. по Романовскому—Гимзе (толстая капля, мазок) Серологический метод Парные [ сывороткиh НМФА, РИГА

Санитарно-микробиологическое исследование воды. Микрофлора воды

Вода является естественной средой обитания многих микробов. Основная масса микробов поступает из почвы. Количество мик...

Авторизация





У микроба ферроплазмы почти все белки содержат железо

у микроба ферроплазмы почти все белки содержат железо

Железо входит в состав 86% белков микроба Ferroplasma acidiphilum, обитателя пиритовых месторождений. Удаление атомов железа из белковых молекул приводит к нарушению их структуры и потере функциональности. Возможно, у древнейших живых организмов, развивавшихся, согласно одной из теорий, в микрополостях кристаллов пирита, все белки изначально держались на «железных заклепках», как у ферроплазмы. Позже, по мере освоения новых местообитаний, эти древние белки заменялись другими, не содержащими железа.

Известно, что в состав многих белков входят ионы различных металлов (железа, меди, кобальта, магния, цинка, молибдена, кальция, марганца и др.). Такие белки называют металлопротеинами. Они выполняют разнообразные функции, в том числе каталитические (так называемые металлоферменты) и транспортные (например, гемоглобин). У всех изученных в этом отношении организмов металлопротеины составляют лишь небольшую часть от общего разнообразия белков. Неожиданное открытие, сделанное германскими, испанскими и британскими микробиологами, показало, что на заре жизни ситуация, возможно, была обратной.

Шесть лет назад в биореакторе опытного металлургического завода в Туле был обнаружен удивительный микроб, относящийся к надцарству архей (Archaea) и получивший название Ferroplasma acidiphilum. В отличие от большинства других архей и бактерий, ферроплазма лишена жесткой клеточной стенки и размножается почкованием.

Ферроплазма живет в очень кислых (pH 1,3–2,2, оптимально 1,7) водах, насыщенных растворенным железом и другими металлами. В природе такие условия встречаются в окрестностях месторождений сульфидных руд (например, пирита). Ферроплазма — облигатный автотроф, то есть сама производит органику из углекислого газа (подобно растениям), а питаться готовыми органическими веществами не может. В отличие от растений, источником энергии для фиксации СО2 ферроплазме служит не солнечный свет, а химическая реакция окисления двухвалентного железа (Fe2+ → Fe3+).

В ходе дальнейших исследований у ферроплазмы обнаружилось еще несколько необычных особенностей. В частности, в 2005 году было установлено, что один из ее ферментов (альфа-глюкозидаза) является железосодержащим металлоферментом, в то время как у всех остальных организмов ферменты этого класса (гликозид-гидролазы) никакого железа не содержат. Это побудило команду микробиологов — первооткрывателей ферроплазмы проверить и другие белки странного микроорганизма на предмет содержания в них железа и других металлов.

Результат оказался более чем удивительным. При помощи сложных химических методов из микробов выделили все белки и разделили их на фракции по молекулярной массе и электрическому заряду (получилось около 400 достаточно хорошо обособленных фракций, соответствующих индивидуальным белкам); затем при помощи еще более сложных методов проводилось индивидуальное «опознание» каждого белка. Из 189 белков, которые удалось идентифицировать, лишь 26 не содержали железа. Остальные 163 (86%) оказались железосодержащими металлопротеинами. Самое удивительное, что аналоги большинства из этих белков, встречающиеся у других организмов, не содержат железа (в том числе многие белки, участвующие в манипуляциях с нуклеиновыми кислотами: ДНК-лигазы, транспозазы, эндонуклеазы, интегразы и др.).

Железо в белках ферроплазмы не является какой-то необязательной или второстепенной примесью. Исследователи показали, что аккуратное удаление железа из этих белков приводит к сильному изменению их вторичной структуры (денатурации) и потере функциональной активности. Похоже на то, что почти все белки ферроплазмы, по образному выражению авторов статьи, держатся на «железных заклепках» («iron rivet»).

Естественно, сразу возник вопрос о причинах такого обилия железосодержащих металлопротеинов у ферроплазмы. Возможно, это общее свойство всей группы микроорганизмов, к которой относится ферроплазма? Или, может быть, оно характерно именно для микробов, обитающих в кислых, насыщенных растворенным железом водах? Для ответа на этот вопрос исследователи выделили теми же методами металлосодержащие белки из ближайшего родственника ферроплазмы — архебактерии Picrophilus torridus, а также из неродственного, но обитающего в таких же условиях микроорганизма — бактерии Acidithiobacillus ferrooxidans. Из этих микробов удалось выделить лишь 29 и 28 металлопротеинов соответственно, из которых только половина содержала железо. Самое главное, что все железосодержащие металлопротеины этих двух микробов оказались обычными, широко распространенными металлопротеинами, которые и у многих других организмов тоже содержат железо.

В заключительной части статьи авторы высказывают весьма смелую гипотезу — настолько смелую, что даже удивительно читать такое в журнале Nature. Они предполагают, что ситуация, наблюдаемая у ферроплазмы, является случайно сохранившимся отголоском древнейших этапов развития жизни. Согласно одной из популярных теорий, жизнь могла зародиться в микрополостях кристаллов пирита, в условиях, очень близких к тем, в которых ныне обитает ферроплазма. Главным отличием таких биотопов является очень кислая среда и изобилие растворенного железа, которое в других, менее экзотических местообитаниях, обычно в большом дефиците.

Древнейшие формы жизни поначалу активно использовали для осуществления необходимых химических реакций простые неорганические катализаторы, в первую очередь соединения железа и серы. Постепенно эти катализаторы замещались более эффективными органическими, то есть белками, и вполне естественно предположить, что первые белки включали в себя атомы железа как неотъемлемые структурные и функциональные компоненты. В дальнейшем, когда живые организмы стали осваивать другие биотопы, они сразу же столкнулись с резким дефицитом доступного железа, и отбор стал способствовать замене старых железосодержащих белков другими, не нуждающимися в железе для выполнения своих функций. В конце концов железо сохранилось только в тех белках, которые без него совсем уж никак обойтись не могут.

Согласно версии авторов статьи, обилие железосодержащих металлопротеинов у ферроплазмы объясняется тем, что предки этого микроба никогда не покидали кислых, богатых железом вод, и вся их эволюция протекала в условиях железного изобилия. Другие микроорганизмы, обитающие сегодня в похожих условиях, вероятно, попали туда вторично, и на каких-то этапах своей эволюции они сталкивались с дефицитом железа. Те немногочисленные белки ферроплазмы, в которых железа все-таки нет, возможно, достались ей от этих новых соседей в результате горизонтального (межвидового) обмена генами, что у прокариот — обычное дело.

Впрочем, есть одно обстоятельство, заставляющее усомниться в столь глубокой древности ферроплазмы и ее металлопротеинов. Дело в том, что этот микроорганизм является аэробным, для окисления железа ему необходим кислород, тогда как древнейшие этапы эволюции жизни, согласно общепринятым представлениям, протекали в бескислородных условиях.




Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Микроорганизмы и человек:

Способ существования микроорганизмов в кишечной биопленке

На сегодня нет точного описания архитектуры микробного сообщества пристеночного слоя кишечника. Попытаемся предложить ...

Первая дезинфекция

Еще до того, как Пастер в 1865г разработал свою теорию бактериальной природы инфекционных заболеваний, венский врач по...

Микробного в нас больше, чем человеческого

Кроме изучения отдельных видов кишечной микрофлоры, в последние годы многие исследователи изучают бактериальный метаге...

Иммунитет:

Специфический и неспецифический иммунитет

Устойчивость организма к различным вирусам, инфекциям во многом зависит от иммунитета. Именно хорошая иммунная защита на...

Сопротивление бактерий

Пока мы разрабатываем более изощренные оружия против бактерий, те находят все лучшее средства против наших лекарств. Д...

В пробирке

Невосприимчивость к болезни, обусловленная наличием в кро­ви антитоксина, существует лишь то время, пока в крови нахо­...