Откритието, което пренаписва правилата на биологията

Представи си яйце, чието белтък не се втърдява при топлина. Или обратното — белтък, който оцелява при температури, при които нормалното яйце вече отдавна би се изпарило. Звучи като научна фантастика, нали?

Е, природата си играе с такива неща от милиарди години. И ето че учените най-накрая започнаха да разбират как.

Малкото чудовище от дъното на океана

Изследователи от Института "Макс Планк" за морска микробиология се захванаха с един наистина невероятен организъм. Казва се Methanocaldococcus infernus. Не случайно името завършва с "инфернус" — означава "от ада". И този организъм напълно отговаря на името си.

Живее вулканични извори на океанското дъно, на дълбочини, където температурата надхвърля точката на кипене на водата. Спа-почивка? Не, съвсем не.

Как се оцелява в адски условия?

Въпросът е логичен: как изобщо нещо може да оцелее — да не говорим да се развива — във вода, по-гореща от всяка човешка тръпка?

Отговорът се крие в един ензим, наречен нитрогеназа. И повярвай ми, този протеин няма нищо общо с нещата, за които най-вероятно си чел в учебника по биология.

Нитрагеназата има една ключова задача: да разбие тройната връзка, която държи молекулите азот заедно. Азотът съставлява по-голямата част от въздуха около нас. Но растенията и животните не могат да го използват директно — трябва първо да бъде преработен в друга форма.

Повечето организми изобщо не могат да направят това. Разчитат на микроби да свършат работата. Това е една от онези невидими услуги на природата, без които буквално не можем да съществуваме.

Термоустойчивият шампион

Това, което прави нитрогеназата от M. infernus толкова специална, е че върши тази жизненоважна химия при температури, които биха разрушили почти всеки друг протеин.

Учените установиха, че този ензим дори не започва да се разпада преди около 90°C. А някои от неговите части оцеляват чак до 98°C.

За сравнение: това е по-горещо от повечето домашни фурни. Протеините в човешкото тяло щяха да бъдат напълно разрушени много преди тези температури.

Аналогията с яйцата

Водещият изследовател Тристан Вагнер обясни всичко много сполучливо. Повечето протеини наистина се държат като яйчен белтък — изложиш ли ги на висока топлина, те необратимо се "разбъркват". Но тази архейна нитрогеназа е различна. Тя е специално проектирана да функционира точно в условия, които биха унищожили конкуренцията.

Молекулярна изненада

Нещата стават наистина интересни, когато екипът анализира молекулярната структура на ензима с помощта на мощни рентгенови лъчи от синхротронна лаборатория във Франция.

Те откриха нещо неочаквано: тази нитрогеназа има структурни елементи и от трите основни семейства нитрогеназни ензими, изучавани от учените — молибденови, ванадиеви и железни варианти.

Беше като да откриеш артефакт, който показва белези на инструменти от всяка епоха на човешката история едновременно.

Прозорец към миналото

Тази комбинация подсказва нещо важно: този археен ензим вероятно много прилича на това, което са представлявали древните нитрогенази преди милиарди години — преди различните семейства да се разделят.

Ако това е вярно, ние буквално гледаме към молекулярна капсула на времето — прозорец към това как животът за първи път е решил проблема с усвояването на атмосферния азот.

Общо ДНК

Може би най-вълнуващото откритие беше намирането на "състояние на оборота" в ензима, което учените бяха виждали само при ванадиевите и железните форми. Това състояние най-вероятно представлява момент по време на реакцията на разделяне на азота — момент, който изследователите са се мъчили да уловят при други ензими.

Откритието му тук, в молибден-съдържаща нитрогеназа от древна линия, подсказва нещо ценно: всички форми на нитрогеназа може би използват един и същ основен механизъм. Всички решават един и същ проблем с вариации на обща тема.

Защо ни пука?

Отвъд чистото научно любопитство — защо това има значение?

Нитрагеназата е в основата на живота на Земята. Разбирането как тези ензими работят — особено екстремофилните версии — в един бъдещ ден може да помогне на всичко — от селското стопанство до търсенето на живот на други планети.

Ако организми могат да извършват съществена химия при условия, които някога смятахме за невъзможни, значи вероятно сме били твърде ограничени в представите си за това къде животът може да еволюира.

Финални мисли

Наистина се вълнувам от такива открития. Има нещо почти смирено в осъзнаването, че животът провежда химически експерименти в дълбоководните вулканични извори от милиарди години. Решава проблеми, с които нашите най-модерни лаборатории все още се борят.

И някъде в тази древна мъдрост може би се крият ключове към по-устойчиво бъдеще — или поне разбиране колко устойчива и креативна е биологията всъщност.