Biokemikere viser, hvordan evolutionen kombinerer en næringsstofsensor fra eksisterende grundstoffer

Et hold ledet af Freiburg biokemikeren prof. Dr. Susana Andrade har karakteriseret et protein, der gør det muligt for visse mikroorganismer at genkende og absorbere ammonium i deres miljø. Ammonium betragtes som et giftstof, der forurener økosystemerne - men for disse bakterier repræsenterer det en vigtig nærings- og energikilde. Forskerne har offentliggjort deres resultater i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation .

Grundstoffet nitrogen er en uundværlig byggesten i alle biomolekyler og derfor af stor betydning for alle organismer. Ud over, nogle medlemmer af det mikrobielle samfund har specialiseret sig i at bruge forskellige nitrogenforbindelser som energikilde for optimal vækst. Dette er især tilfældet blandt anaerobe ammoniumoxidationsmidler:Disse bakterier kræver ikke ilt til deres stofskifte, men i stedet, omdanne to vigtige nitrogenforbindelser, ammonium og nitrit, til nitrogengas, som tegner sig for omkring 80 procent af jordens atmosfære. Gennem denne reaktion, disse mikroorganismer spiller en vigtig rolle i afgiftningen af ​​nitrogenforbindelser, der i stigende grad frigives til miljøet ved brug af gødning.

Andrade og hendes team fra fakultetet for kemi og farmaci ved universitetet i Freiburg har identificeret et usædvanligt protein i sådanne bakterier:Halvdelen af ​​det ligner kendte transportproteiner for ammoniumioner, og den anden halvdel tilhører en gruppe af signaltransducerende proteiner. Dette førte til mistanken om, at to byggesten, allerede eksisterer i naturen, var blevet kombineret på en modulær måde for at muliggøre en helt ny funktionalitet:påvisning af ammonium fra miljøet og efterfølgende transmission af denne information til de cellulære signalnetværk.

Forskerne foretog en omfattende funktionel og strukturel karakterisering af dette nye protein, som også involverede arbejdsgrupper fra University Medical Center Freiburg; Radboud Universitet i Nijmegen, Holland; det russiske videnskabsakademi; og European Molecular Biology Laboratory (EMBL) i Hamborg. Som resultat, den oprindelige antagelse blev bekræftet:Baseret på et meget selektivt ammoniumtransportprotein, evolutionen har givet anledning til et nyt genkendelsessted for ionerne, hvis besættelse fører til konformationelle ændringer, der overføres til signaltransducermodulet. Denne direkte modulære kobling giver mulighed for at fusionere andre signaltransduktionsenheder til ammoniumsensormodulet for at konstruere nye cellulære funktionaliteter.