Необычные бактерии живут там, где почти все остальное погибло бы.
Ученые обнаружили необычный фермент у серной бактерии, который активируется только зарядом мембраны и работает как «насос» для углекислого газа. Именно этот механизм помогает микробам выживать
Исследователи из Марбургского и Потсдамского университетов изучили бактерию Halothiobacillus neapolitanus. H. neapolitanus принадлежит к хемолитоавтотрофам — микробам, которые живут там, где почти все остальное погибло бы: в горячих источниках, богатых сульфидами отложениях, в горных породах на глубине в несколько километров. Вместо солнечного света они добывают энергию, расщепляя неорганические вещества — водород, соединения серы, железо, аммиак. В совокупности хемотрофы составляют большую часть микроскопической жизни на Земле.
Для фиксации углерода клетке нужен не сам CO₂, а его заряженная форма — бикарбонат. Обычные организмы тратят на его транспорт внутрь клетки энергию в виде АТФ — главного аккумулятора энергии для всех биохимических процессов в живых организмах. Но использование АТФ для H. neapolitanus слишком дорого. Вместо этого они научились использовать для работы фермента сам энергетический запас, создаваемый движением протонов через мембрану — электрохимический градиент.
С помощью криоэлектронной микроскопии ученые получили структуру белкового комплекса DAB2 у бактерии. Они увидели фермент в трех состояниях: пустом, с CO₂ и с бикарбонатом. Активный центр оказался глубоко спрятан внутри белка и доступен только через два узких туннеля. В нем находится атом цинка, а рядом — редкая картина: сразу две молекулы CO₂, что нехарактерно для обычных карбоангидраз.
Инфракрасная спектроскопия показала, что в отсутствие мембранного потенциала белок прочно связывает CO₂, но не превращает его в бикарбонат. Реакция не идет, пока через мембрану не начинают двигаться протоны. Тогда туннели открываются, и фермент целенаправленно превращает углекислый газ в бикарбонат, причем обратное превращение невозможно — продукт оказывается заблокирован в активном центре.
Таким образом, комплекс DAB2 действует как односторонний молекулярный насос, работающий напрямую от энергии мембранного градиента, а не от АТФ. Это позволяет бактерии накапливать бикарбонат внутри клетки в концентрациях, превышающих внешние, почти без энергозатрат — критическое преимущество для выживания в бедных средах.
Открытие имеет и прикладное значение. Родственные белки найдены у опасных патогенов, включая возбудителя сибирской язвы и холерного вибриона. Они могут служить мишенью для новых антибиотиков. Кроме того, если научиться переносить такие системы в растения или промышленные микроорганизмы, можно создать искусственные концентраторы углерода, работающие без затрат АТФ — что важно для биоинженерии и борьбы с парниковыми газами.
На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации.