Механизмы обнаружения сульфидов у пурпурных бактерий

Новые данные показывают, что истоки фотосинтеза можно найти в глубоководных гидротермальных источниках, где микробы эволюционировали, чтобы получать энергию из выбрасываемых газов — сероводорода и метана. Эти микробы способны окислять сульфиды и другие газы и использовать их в качестве доноров электронов для генерации энергии.

В отличие от многих микроводорослей и растений, использующих только воду в качестве донора электронов для фотосинтеза, пурпурные бактерии, такие как Rhodobacter capsulatus, могут переключаться между источниками энергии (свет или геотермальное излучение) и разными донорами электронов в зависимости от окружающей среды. Для этого бактерия должна точно контролировать синтез белков переноса электронов в ответ на меняющиеся условия. Однако точные механизмы, используемые R. capsulatus для обнаружения и использования сероводорода, оставались неясными.

Теперь Такаюки Симидзу и Синдзи Масуда из Токийского технологического института в сотрудничестве с Дэвидом П. Гидроком и Карлом Э. Бауэром из Университета Индианы и исследователями из Японии и США обнаружили и охарактеризовали сульфид-чувствительный белок, или транскрипционный репрессор, под названием SqrR, и описали механизм его реакции на сульфиды. Эти результаты проливают свет на процессы донорства электронов в ранней эволюции фотосинтеза.

Команда изучила белковые и генетические ответы у R. capsulatus. Генетический скрининг идентифицировал SqrR и показал, что он действует как сенсор реактивных сульфидных частиц внутри клеток. SqrR также регулирует около 45% генов, ответственных за сульфид-зависимый фотосинтез у R. capsulatus. Похоже, что при увеличении сульфидов в окружающей среде SqrR реагирует, связываясь с молекулами сульфида, тем самым подавляя перенос электронов при фотосинтезе, чтобы бактерия могла пережить сульфидный стресс. Таким образом, SqrR помогает поддерживать сульфидный гомеостаз в быстро меняющихся условиях.

Обнаружение главного регулятора генов, такого как SqrR, позволит ученым глубже изучить фотосинтез и определить, как бактерии эволюционировали для выживания в разных средах. Эти находки также могут иметь применение в синтетической биологии.