Foto: Scientific Reports
Dok se svijet okreće „zelenom“ vodoniku i drugim obnovljivim izvorima energije, naučnici su otkrili da arheje – treći oblik života poslije bakterija i eukariota – prave energiju koristeći gas vodonika i „ultraminimalne“ enzime, i to milijardama godina.
Međunarodni tim istraživača otkrio je da najmanje devet tipova arheja, iz grupe jednoćelijskih organizama kojima nedostaju strukture vezane za unutrašnje membrane, proizvode vodonik koristeći enzime za koje se smatra da postoje samo u druga dva oblika života.
Arheje, shvatili su, ne samo da imaju enzime koji koriste vodonik u poređenju sa bakterijama i eukariotima, već su njihovi enzimi za konzumiranje i proizvodnju vodonika takođe opisani kao najkompleksniji do sada.
Mali i moćni, ovi enzimi su omogućili arhejama da prežive i napreduju u nekim od najsurovijih okruženja na Zemlji u kojima se nalazi malo ili nimalo kiseonika.
„Ljudi su tek nedavno počeli da razmišljaju o korišćenju vodonika kao izvora energije, ali arheje to rade milijardu godina“, kaže Pok Man Lijung, mikrobiolog sa Univerziteta Monaš u Australiji koji je sa kolegama vodio novu studiju.
„Biotehnolozi sada imaju priliku da preuzmu inspiraciju i mehanizam iz arheja za industrijski proizvodnju vodonika“, dodao je.
Vodonik je najzastupljeniji element u Univerzumu i koristi se širom svijeta za pravljenje đubriva i drugih hemikalija, obradu metala, preradu hrane i prečišćavanje goriva.
Ali, budućnost vodonika leži u skladištenju energije i proizvodnji čelika, koji bi se mogli proizvoditi sa nultom emisijom ako se obnovljiva energija koristi za pretvaranje materijala kao što je voda u gas vodonik.
Mikroorganizmi proizvode i oslobađaju gas vodonik za potpuno različite svrhe, uglavnom za uklanjanje viška elektrona proizvedenih tokom fermentacije, procesa u kojem organizmi izvlače energiju iz ugljenih hidrata kao što su šećeri.
Enzimi koji se koriste za konzumiranje ili proizvodnju molekula vodonika nazivaju se hidrogenaze i prvi put su sveobuhvatno ispitani pre samo osam godina. Od tada je zabilježen veliki broj poznatih mikrobnih vrsta, posebno arheja, koje se kriju u ekstremnim okruženjima, kao što su topli izvori, vulkani i dubokomorski otvori.
Međutim, većina arheja je poznata samo po dijelovima njihovog genetskog koda a mnoge nisu kultivisane u laboratoriji jer je to veoma teško učiniti.
Tako su mikrobiolog sa Univerziteta Monaš Kris Grining i njegove kolege tražili gen koji kodira dio jedne vrste hidrogenaze, brzo djelujuće (FeFe) hidrogenaze, u više od 2.300 klastera arhealnih vrsta navedenih u globalnoj bazi podataka.
Zatim su ubacili dobijene enzime u bakterije ešerihije koli kako bi proverili da li su ti geni zapravo funkcionalni, i da li proizvode hidrogenaze sposobne da katalizuju reakcije vodonika u njihovom surogat domaćinu.
Korak ka razumijevanju nastanka eukariota
„Naše otkriće nas dovodi korak bliže razumijevanju kako je ovaj ključni proces doveo do nastanka svih eukariota, uključujući i ljude“, kaže Lijung.
Eukarioti su organizmi čije ćelije sadrže jezgro i organele vezane za membranu, kao što su na primjer mitohondrije.
Smatra se da su svi eukarioti nastali iz spoja anaerobne arheje i bakterije koju je „progutala“ pre više milijardi godina. Druga, mnogo kasnija endosimbioza tada je dovela do nastanka pretka biljaka, sa hloroplastima.
Grining, Lijung i njihove kolege pronašli su genetska uputstva za (FeFe) hidrogenaze u devet arhealnih tipova i potvrdili da su zaista aktivni u tim mikroorganizmima.
Ali za razliku od bakterija i eukariota, dalje analize su pokazale da arheje sastavljaju „izvanredne hibridne komplekse” za svoje potrebe proizvodnje vodonika, spajajući dvije vrste hidrogenaza zajedno.
„Ovi nalazi otkrivaju nove metaboličke adaptacije arheja, modernizovane katalizatore za biotehnološki razvoj i iznenađujuće isprepletenu evolucionu istoriju između dva glavna enzima koji metabolišu vodonik”, pišu članovi tima istraživača u svom radu.
Mnogi od katalogizovanih genoma arheja analiziranih u ovoj studiji su, međutim, nekompletni i ko zna koliko još vrsta tek treba da bude otkriveno.
Više je nego vjerovatno da arheje kriju i druge genijalne načine stvaranja energije koje tek treba da pronađemo. Istraživanje je objavljeno u časopisu Cell.