At overleve et af Jordens mest ekstreme miljøer

Selv i jordens mest ugæstfrie omgivelser, livet har taget fat.

Ekstremofiler er de mest kendte organismer for at modstå ekstreme temperaturer, pH-værdier, saltindhold, og endda næringssult. De har udviklet specielle mekanismer, der gør dem i stand til at overleve i deres omgivelser, men at komme til bunds i denne modstandsdygtighed kræver målrettet og metodisk afhøring.

I Yellowstone National Park og lignende steder, ekstremofiler bor i miljøer såsom sure varme kilder eller termiske syrejord. Her er de afsløret, ofte med mellemrum, til nogle af de laveste naturligt forekommende pH-værdier på Jorden, og temperaturer, der nærmer sig vandets kogepunkt. For at overleve under disse hurtigt svingende forhold, organismer beskytter sig selv med komplekse membraner, sammensat af sammenlåste lipider knyttet til deres rygrad med stærke etherbindinger, snarere end de esterbindinger, der oftest findes i eukaryoter og bakterier.

Hos Sulfolobus acidocaldarius, en arkæon, der lever i høj syre, højtemperaturmiljøer, der er almindelige i Yellowstone, cellulære membranlipider kaldet glyceroldialkylglyceroltetraether (GDGT'er) er forbundet med et usædvanligt sukkerlignende molekyle kaldet calditol. En gruppe videnskabsmænd har for nylig offentliggjort resultater i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), identificere, hvordan calditol fremstilles i cellen og hvordan, specifikt, det er ansvarligt for syre-tolerance i disse organismer. Arbejdet hjælper videnskabsmænd med at komme tættere på at forstå, hvordan livet udviklede sig til at overleve i ekstreme miljøer.

Roger indkalder, Schlumberger professor i geobiologi i MIT's Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) og en af ​​forfatterne til undersøgelsen, krediterer fremskridt inden for molekylærbiologi, bioinformatik, og målrettede gendeletionsstrategier for at muliggøre denne opdagelse.

"Genomikkens æra har bragt en række nye værktøjer til at fremme forskning i lipidbiomarkører, "Stævning siger. Paula Welander, en tidligere EAPS postdoc i Summons Lab og nu assisterende professor i Department of Earth System Science ved Stanford University, ledede undersøgelsen, der også blev udført af Zhirui Zeng og Jeremy H. Wei på Stanford, og Xiao-lei Liu, en assisterende professor i organisk geokemi ved University of Oklahoma.

"Denne undersøgelse er et glimrende eksempel på, hvordan en tværfaglig tilgang, herunder mikrobielle fysiologer og organiske geokemikere, kan løse udestående spørgsmål vedrørende lipidbiomarkører, " siger Welander.

For at identificere calditols rolle i Sulfolobus acidocaldarius-membranerne, forskerne brugte værktøjer i komparativ genomik, gen deletion, og lipidanalyse til nul på et bestemt protein inden for klassen af ​​radikale S-andenosylmethionin (SAM) enzymer, som er påkrævet for at syntetisere calditol. Da de søgte efter, hvad der kodede det protein i calditol-producerende arkæale genomer, de fandt blot nogle få kandidatgener.

For at teste proteinets betydning for syretolerance, forskerne skabte mutanter - med de membranrelaterede gener slettet - og analyserede deres lipider. Ved at udsætte den calditol-fri mutant for stærkt sure forhold, forskerne var i stand til at bekræfte den sande funktion af calditol-komponenten i membranen. Kun det naturligt forekommende, calditol-producerende Sulfolobus og mutantstammen med radikal-SAM-genet gendannet, var i stand til at vokse efter et betydeligt fald i pH.

"Mens Welander og kolleger har påvist tilstedeværelsen af ​​radikal-SAM-lipidbiosyntesegener i bakterier, det er første gang, man entydigt er blevet identificeret i archaea, "Stævning siger. "Calditol-bundet til membranlipider i disse organismer giver betydelige beskyttende virkninger."

Welander tilføjer:"Forskere har i mange år antaget, at produktion af calditol ville give denne type beskyttende effekt, men dette er ikke blevet påvist direkte. Her viser vi endelig dette link direkte."

Endnu længere, det faktum, at et radikalt SAM-protein er involveret i at forbinde calditol til membranerne, kan hjælpe forskere med bedre at forstå kemien og udviklingen af ​​membranlipider fra en bred vifte af miljøer over hele planeten.

Summons siger, at resultatet taler om "den mulige tilstedeværelse af en række andre radikale kemier til at modificere membranlipider, når de først er blevet syntetiseret."

"På tur, dette kunne hjælpe os med bedre at forstå biosyntesen af ​​andre arkæa-specifikke lipider og hjælpe os med at skrive den evolutionære historie af disse slående karakteristiske membraner, " han siger.