Το ένζυμο που αψηφά τη θερμότητα

Φαντάσου να προσπαθείς να βράσεις ένα αυγό, αλλά το ασπράδι να μην πήζει ποτέ. Ή το αντίθετο: ένα ασπράδι που χρειάζεται θερμοκρασίες που θα εξαέρωναν ένα κανονικό αυγό για να σφίξει. Αδύνατο; Κι όμως, η φύση το κάνει εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια.

Στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Θαλάσσια Μικροβιολογία, μελετούν έναν οργανισμό με χαρακτηριστικό όνομα: Methanocaldococcus infernus. Το "infernus" σημαίνει "από την κόλαση". Και δεν είναι υπερβολή. Ζει σε ηφαιστειακές πηγές στον πυθμένα του ωκεανού, όπου η θερμοκρασία ξεπερνά το σημείο βρασμού του νερού.

Πώς επιβιώνει κάτι εκεί μέσα;

Η απάντηση βρίσκεται σε ένα ένζυμο που ονομάζεται αζωτασάση. Κι αυτό το ένζυμο δεν έχει καμία σχέση με όσα μάθαμε στο σχολείο.

Η αζωτασάση σπάει τον τριπλό δεσμό που κρατά μαζί τα μόρια αζώτου στην ατμόσφαιρα. Το άζωτο είναι παντού — αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του αέρα που αναπνέουμε. Όμως φυτά και ζώα δεν μπορούν να το χρησιμοποιήσουν απευθείας. Χρειάζονται βοήθεια. Την προσφέρουν μικροοργανισμοί. Είναι μια από τις υπηρεσίες που η φύση προσφέρει δωρεάν και χωρίς την οποία δεν θα υπήρχε ζωή.

Τι κάνει αυτή την αζωτασάση τόσο ξεχωριστή;

Λειτουργεί σε θερμοκρασίες που θα κατέστρεφαν οποιαδήποτε άλλη πρωτεΐνη. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το ένζυμο αυτό δεν αρχίζει καν να διασπάται πριν τους 90°C, ενώ κάποιο τμήμα του επιβιώνει ακόμα και στους 98°C. Για να καταλάβεις: αυτές οι θερμοκρασίες είναι υψηλότερες από τους περισσότερους οικιακούς φούρνους. Οι πρωτεΐνες του ανθρώπινου σώματος θα είχαν καταστραφεί πολύ νωρίτερα.

Ο επικεφαλής ερευνητής, Tristan Wagner, χρησιμοποίησε μια χαρακτηριστική εικόνα: φαντάσου ότι οι περισσότερες πρωτεΐνες συμπεριφέρονται σαν ασπράδι αυγού — η ζέστη τις καταστρέφει μόνιμα. Αλλά αυτή η αρχαία αζωτασάση είναι φτιαγμένη για να λειτουργεί ακριβώς εκεί όπου ο ανταγωνισμός αποτυγχάνει.

Μια αρχαιολογική ανακάλυψη σε μοριακό επίπεδο

Όταν η ομάδα ανέλυσε τη μοριακή δομή του ενζύμου με ακτίνες Χ από εργαστήριο στη Γαλλία, βρήκε κάτι απροσδόκητο: αυτή η αζωτασάση περιέχει χαρακτηριστικά και από τις τρεις κύριες οικογένειες αζωτασών που γνωρίζουμε — μολυβδαινίου, βαναδίου και σιδήρου.

Ήταν σαν να βρίσκεις ένα αντικείμενο που δείχνει χαρακτηριστικά εργαλείων από κάθε εποχή της ανθρώπινης ιστορίας.

Αυτό υποδηλώνει ότι πιθανώς μοιάζει πολύ με τις αρχαίες αζωτασάσες — εκείνες που υπήρχαν πριν οι διαφορετικές οικογένειες αποκλίνουν. Αν ισχύει, μιλάμε για ένα μοριακό ταξίδι στον χρόνο. Μια ματιά στο πώς η ζωή έλυσε για πρώτη φορά το πρόβλημα της αφομοίωσης του ατμοσφαιρικού αζώτου.

Η στιγμή που όλα αλλάζουν

Η πιο συναρπαστική ανακάλυψη ήταν ένα ενδιάμεσο στάδιο — το λεγόμενο "turnover state" — που οι επιστήμονες είχαν δει μόνο στις αζωτασάσες βαναδίου και σιδήρου. Αυτή η στιγμή πιθανώς αντιπροσωπεύει ένα βήμα της αντίδρασης σπασίματος του αζώτου που δεν είχαν καταφέρει να παρατηρήσουν αλλού.

Το ότι βρέθηκε εδώ, σε μια αζωτασάση μολυβδαινίου από αρχαία γενεαλογία, σημαίνει κάτι σημαντικό: ίσως όλες οι αζωτασάσες χρησιμοποιούν τον ίδιο βασικό μηχανισμό. Διαφορετικές παραλλαγές, αλλά το ίδιο θεμελιώδες εργαλείο.

Γιατί μας αφορά;

Η αζωτοδέσμευση είναι θεμελιώδης για τη ζωή στη Γη. Η κατανόηση αυτών των ενζύμων — ειδικά αυτών που ζουν σε ακραία περιβάλλοντα — μπορεί να επηρεάσει τελικά τη γεωργία, ακόμα και την κατανόησή μας για το αν υπάρχει ζωή αλλού στο σύμπαν.

Αν οργανισμοί εκτελούν βασικές χημικές αντιδράσεις κάτω από συνθήκες που θεωρούσαμε αδύνατες, τότε ίσως σκεφτόμασταν πολύ στενά για το πού μπορεί να αναπτυχθεί ζωή.

Υπάρχει κάτι σχεδόν ταπεινωτικό σε αυτή τη σκέψη: η ζωή κάνει χημικά πειράματα στους πυθμένες των ωκεανών εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Λύνει προβλήματα που τα πιο σύγχρονα εργαστήριά μας δυσκολεύονται να αναπαράγουν.

Και κάπου μέσα σε αυτή την αρχαία σοφία ίσως κρύβονται οδηγίες για ένα πιο βιώσιμο μέλλον — ή τουλάχιστον, η απόδειξη ότι η βιολογία είναι πολύ πιο ανθεκτική και δημιουργική απ' ό,τι φανταζόμασταν.