آنزیمی که سم را به غذای میکروب تبدیل می‌کند

به گزارش مجله خبری نگار،متانوژن‌ها موجودات کوچکی هستند که در محیطی فاقد اکسیژن، متان تولید می‌کنند.

تولید متان آنها، مانند سیستم گوارشی نشخوارکنندگان، نقش مهمی در چرخه جهانی کربن ایفا می‌کند، زیرا متان یک گاز گلخانه‌ای بسیار قوی است. با این حال، متان می‌تواند به عنوان منبع انرژی برای گرم کردن خانه‌ها عمل کند.

پایه‌ای 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 ۶۵ درجه سانتیگراد زندگی می‌کند) و Methanocaldococcus jannaschii (آتشفشان‌های اعماق دریا را با حدود ۸۸۵ درجه سانتیگراد ترجیح می‌دهد)، است.

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

در حالی که سولفید برای اکثر موجودات سمی است، اما وجود آن‌ها برای متانوژن‌ها ضروری است و آن‌ها می‌توانند 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 می‌برد.

هردو موجود مورد بررسی در محیط خود، گهگاهی در معرض سولفیت قرار می‌گیرند، مثلا وقتی که اکسیژن وارد می‌شود و با سولفید احیا شده واکنش می‌دهد. اکسیداسیون جزئی آن منجر به تشکیل سولفیت می‌شود و بنابراین متانوژن‌ها باید از خود محافظت کنند. اما چگونه می‌توانند 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 می‌دهند. این آنزیم پروانه‌ای شکل به عنوان سولفیت ردوکتاز وابسته به F۴۲۰ یا Fsr شناخته می‌شود. این ماده قادر است سولفیت را به سولفید تبدیل کند که سولفید منبع مطمئنی از گوگرد است که متانوژن‌ها برای رشد به آن نیاز دارند.

در این مطالعه، جسپرسن و همکارانش نحوه عملکرد این آنزیم را شرح می‌دهند. جسپرسن توضیح می‌دهد: این آنزیم، سولفیت را به دام می‌اندازد و مستقیماً آن را به سولفید تبدیل می‌کند، که سولفید می‌تواند به عنوان مثال در اسید‌های آمینه گنجانده شود. این آنزیم عملا سم را به غذا تبدیل می‌کند!

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

فرض بر این است که آنزیم‌ها 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 مطالعه‌ی ما یعنی Fsr، احتمالاً تصویری از این آنزیم اولیه است.

کاربرد‌های بیوتکنولوژیکی آنزیم

Fsr نه تنها مفاهیم تکاملی را باز می‌کند، بلکه به ما این امکان را می‌دهد تا دنیای شگفت انگیز میکروب‌های دریایی را بهتر درک کنیم. متانوژن‌هایی که فقط روی سولفیت می‌توانند رشد کنند، نیاز به استفاده از سولفید خطرناک دارند.

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