Выросты помогают микробам выживать в экстремальных условиях

Древнейшие микроорганизмы на Земле часто имеют на поверхности особые белковые нити — пили. Учёные обнаруживают, что эти структуры играют разнообразную роль в выживании микроорганизмов в самых суровых условиях на планете. Эти находки могут пролить свет на то, как инопланетная жизнь может противостоять экстремальным условиям на других мирах.

Первыми формами жизни на Земле были прокариоты — одноклеточные микроорганизмы без ядра. Существует два вида прокариот: бактерии и археи, многие из которых процветают в экстремальных средах, таких как горячие источники, солёные озёра и глубоководные гидротермальные жерла.

Учёные обнаружили ряд прокариот, потенциально способных выдерживать многие экстремальные условия, аналогичные марсианским. Понимание механизмов их выживания может дать представление об адаптациях, возможных для жизни на других планетах.

Универсальные и древние структуры

Класс белковых структур, известных как пили IV типа (T4P), — это нити, обнаруженные на поверхности клеток почти у всех известных основных групп прокариот. Такая распространённость указывает на их чрезвычайно древнее происхождение.

T4P состоят из небольших белков — пилинов, которые соединяются в спиральные волокна. Хотя пилины могут сильно различаться у разных видов, их короткие сигнальные пептиды структурно схожи, что указывает на общее происхождение.

Многофункциональность пилей IV типа

Несмотря на относительную простоту, T4P адаптированы для выполнения чрезвычайно разнообразных функций:

• Адгезия (прикрепление): Позволяет прокариотам колонизировать новые среды или образовывать защитные биоплёнки, устойчивые к ультрафиолету, высыханию, антибиотикам и токсинам.
• Движение: У многих архей разновидность T4P, иногда называемая архаеллумом, вращается как пропеллер, помогая плавать. У некоторых бактерий T4P способны втягиваться, обеспечивая "дёргающееся" движение.
• Захват веществ: У археи Sulfolobus T4P помогают захватывать сахара для питания. У бактерии Bacillus subtilis разновидность T4P (псевдопили) помогает захватывать ДНК для репарации повреждений или изменения собственного генома.
• Секреция белков: Например, бактерия холеры использует T4P для выделения соединения, помогающего колонизировать кишечник.
• Отведение электронов: Некоторые бактерии могут использовать электропроводящие T4P для удаления электронов, образующихся в качестве отходов жизнедеятельности.

Адаптация к экстремальным условиям

Функции T4P зависят от небольших, точных модификаций пилинов. Прокариоты способны быстро модифицировать синтезируемые пилины, позволяя клетке быстро переключаться между свободным плаванием и жизнью в защитной биоплёнке в зависимости от условий среды.

Поскольку T4P производятся множеством организмов, обитающих в экстремальных и изменчивых средах, эти выросты эволюционировали для поддержки жизни в широком диапазоне условий, включая схожие с некоторыми внеземными (например, высокосолёные жидкости на Марсе).

Будущие исследования сосредоточатся на том, как конкретные T4P помогают микробам реагировать на стресс, такие как изменения концентрации соли или питательных веществ.