Горячее серное дыхание: археи-экстремофилы проливают свет на эволюцию серного метаболизма
Использование серных соединений для производства энергии — один из древнейших типов метаболизма, который позволял примитивным микроорганизмам процветать в бескислородных условиях ранней Земли. Как эволюционировал этот микробный образ жизни, оставалось неясным.
Накопление кислорода в атмосфере около 2.5 млрд лет назад привело к накоплению сульфата, наиболее окисленной формы серы. Восстановление сульфата стало ключевым процессом в глобальном цикле серы и доминирует в бескислородных средах, таких как морские и пресноводные осадки. Однако геологические свидетельства микробного диссимиляционного восстановления сульфата (DSR) датируются ~3.5 млрд лет назад, что предшествует появлению кислорода в атмосфере.
Поскольку ранняя жизнь развивалась в горячих и бескислородных условиях, важно было изучить микроорганизмы из современных экосистем с похожими условиями. Исследование сфокусировалось на новой архее "Candidatus Vulcanisaeta moutnovskia" — микроорганизме, любящем кислоту и высокие температуры, из кислого горячего источника на полуострове Камчатка.
В статье, опубликованной в Nature Microbiology, международная команда под руководством д-ра Николая Черных и проф. Елизаветы Бонч-Осмоловской из Института микробиологии им. Виноградского (Москва), с коллегами из Мадрида, Вены и Центра экологической биотехнологии (CEB) Университета Бангора, показала, что восстановление сульфата в горячем источнике осуществляет "Candidatus Vulcanisaeta moutnovskia". Команда использовала профилирование микробного сообщества, эксперименты по росту, радиоизотопы, протеомику и анализ эволюционной траектории генов DSR.
Восстановление сульфата у архей изучено меньше, чем у бактерий. Однако анализ геномов указывает, что гены для второй реакции в DSR более древние у архей и, вероятно, присутствовали даже у гипотетического "последнего универсального общего предка" (LUCA).
"Очевидно, восстановление сульфата в горячем источнике обеспечивают 'Vulcanisaeta', которые очень давно позаимствовали некоторые генетические локусы для этого процесса у бактерий — своих соседей по среде. 'Vulcanisaeta', возможно, можно считать реликтовой формой жизни в таких средах и отличным модельным организмом для изучения эволюции серного метаболизма", — комментирует проф. Питер Голишин из CEB, Университет Бангора.