این آنزیم سم را به غذای میکروب تبدیل می‌کند

محققان موسسه میکروبیولوژی دریایی ماکس پلانک، کشف کرده اند که چگونه یک میکروب تولید کننده متان می تواند در بستر سولفیت سمی رشد کند.

به گزارش تکناک، متانوژن ها موجودات کوچکی هستند که در محیطی فاقد اکسیژن، متان تولید می کنند.

تولید متان آنها، مانند سیستم گوارشی نشخوارکنندگان، نقش مهمی در چرخه جهانی کربن ایفا می کند، زیرا متان یک گاز گلخانه ای بسیار قوی است. با این حال، متان می تواند به عنوان منبع انرژی برای گرم کردن خانه ها عمل کند.

پایه ای سمی برای رشد

هدف این مطالعه که اکنون در مجله Nature Chemical Biology منتشر شده است، دو متانوژن گرما دوست دریایی به نام های: Methanothermococcus thermolithotrophicus (در رسوبات گرمایی زمین گرمایی در دمای حدود 65 درجه سانتیگراد زندگی می کند) و Methanocaldococcus jannaschii (آتشفشان های اعماق دریا را با حدود 885 درجه سانتیگراد ترجیح می دهد)، است.

آنها انرژی سلولی خود را با تولید متان به دست می آورند و گوگرد را برای رشد به شکل سولفید که در محیط آنها وجود دارد، دریافت می کنند.

در حالی که سولفید برای اکثر موجودات سمی است،اما وجود آن ها برای متانوژن ها ضروری است و آنها می توانند حتی غلظت بالایی از آن را تحمل کنند. با این حال، پاشنه آشیل آنها ، ترکیب سولفیت سمی و واکنشی است که آنزیم مورد نیاز برای ساخت متان را از بین می برد.

هردو موجود مورد بررسی در محیط خود، گهگاهی در معرض سولفیت قرار می گیرند، مثلا وقتی که اکسیژن وارد می شود و با سولفید احیا شده واکنش می دهد. اکسیداسیون جزئی آن منجر به تشکیل سولفیت می شود و بنابراین متانوژن ها باید از خود محافظت کنند. اما چگونه می توانند این کار را انجام دهند؟

عکس مولکولی از این فرآیند

ماریون جسپرسن و تریستان واگنر از مؤسسه میکروبیولوژی دریایی ماکس پلانک در  آلمان، به همراه آنتونیو پیریک از دانشگاه کایزرسلاترن، اکنون تصویری از آنزیم سم زدای سولفیت را ارائه می دهند. این آنزیم پروانه ای شکل به عنوان سولفیت ردوکتاز وابسته به F420 یا Fsr شناخته می شود. این ماده قادر است سولفیت را به سولفید تبدیل کند که سولفید منبع مطمئنی از گوگرد است که متانوژن ها برای رشد به آن نیاز دارند.

در این مطالعه ، جسپرسن و همکارانش نحوه عملکرد این آنزیم را شرح می دهند. جسپرسن توضیح می دهد: این آنزیم، سولفیت را به دام می اندازد و مستقیماً آن را به سولفید تبدیل می کند، که سولفید می تواند به عنوان مثال در اسیدهای آمینه گنجانده شود.این آنزیم عملا سم را به غذا تبدیل می کند!

ساده به نظر می رسد. اما در واقع، جسپرسن و همکارانش متوجه شدند که با یک همپوشانی جذاب و پیچیده روبرو هستند. جسپرسن توضیح می دهد: دو راه برای کاهش سولفیت وجود دارد: تجزیه و جذب. ارگانیسم مورد مطالعه از آنزیمی استفاده می کند که مانند آنزیم غیر همسان ساخته شده است، اما از مکانیسم جذب استفاده می کند.

فرض بر این است که آنزیم ها از هر دو مسیر تجزیه و جذب از یک اجداد مشترک تکامل یافته اند. تریستان واگنر، رئیس گروه تحقیقاتی ماکس پلانک، می‌افزاید: سولفیت ردوکتازها، آنزیم‌های اولیه هستند که تأثیر بسزایی بر چرخه‌های گوگرد و کربن در سطح جهانی دارند». آنزیم مورد مطالعه ی ما یعنی Fsr، احتمالاً تصویری از این آنزیم اولیه است.

کاربردهای بیوتکنولوژیکی آنزیم

Fsr نه تنها مفاهیم تکاملی را باز می کند، بلکه به ما این امکان را می دهد تا دنیای شگفت انگیز میکروب های دریایی را بهتر درک کنیم. متانوژن هایی که فقط روی سولفیت می توانند رشد کنند، نیاز به استفاده از سولفید خطرناک دارند.

واگنر می گوید: این تحقیق فرصت‌هایی را برای کاربردهای بیوتکنولوژیکی ایمن تر برای مطالعه این میکروارگانیسم‌های مهم،فراهم می‌کند. این مطالعه یک راه حل بهینه برای یافتن متانوژنی است که سولفات را کاهش می دهد، که ارزان، فراوان و منبعی کاملا ایمن از گوگرد است.

چالش بعدی ما درک چگونگی تبدیل سولفات به سولفیت است تا تصویر کاملی از قابلیت‌های این میکروب‌های معجزه‌آسا بدست آوریم.