Новое исследование объясняет, как бактерия в озере Моно выживает при высоких концентрациях мышьяка

Международная группа биологов из Израиля, Франции и Швейцарии выяснила, как штамм бактерии Halomonas, известный как GFAJ-1, выживает в калифорнийском озере Моно, несмотря на уровни мышьяка, смертельные для большинства других организмов. Как объясняется в их статье, опубликованной в журнале Nature, этот феномен обусловлен различиями в углах ионной связи между белками бактерии и арсенатом по сравнению с фосфатом, что приводит к более слабой связи с арсенатом и предпочтению фосфата.

Это новое исследование фактически ставит точку в спорах, вызванных статьёй, опубликованной два года назад в журнале Science, которая утверждала, что бактерия каким-то образом способна заменять фосфор в своей ДНК на мышьяк, что делало бы её единственной известной формой жизни, способной обходиться без шести основных элементов: водорода, кислорода, азота, фосфора, серы и углерода.

Чтобы понять, как GFAJ-1 выживает в такой токсичной среде, исследовательская группа изучила четыре типа бактерий, включая GFAJ-1, сфокусировавшись на их фосфат-связывающих белках. Два типа были устойчивы к арсенату (соединению кислорода и мышьяка), а два других — чувствительны. Все четыре бактерии поместили в контейнеры с одинаковым количеством фосфата, но разным количеством мышьяка, и оставили на сутки. Учёные хотели увидеть, насколько хорошо бактерии различают эти два вещества.

Затем все пять типов образцов исследовали, чтобы определить, сколько мышьяка смогло связаться с белками: оказалось, что все пять продемонстрировали предпочтение к связыванию с фосфатом. В частности, бактерия GFAJ-1 показала 4500-кратное предпочтение.

Чтобы лучше понять, почему белки легче связываются с фосфатом, команда провела детальный анализ и обнаружила, что всё сводится к слегка разной форме ионов фосфата и арсената, что создаёт разницу в углах связи с белками. Углы для фосфата ближе к оптимальным 180 градусам, чем у арсената, что позволяет им связываться легче. Таким образом, объясняется склонность GFAJ-1 пропускать фосфат, блокируя при этом мышьяк.