Новая бактерия производит собственный кислород для дыхания

Микроорганизм, исследованный учёными, обладает обменом веществ, как у аэробной бактерии, но при этом спокойно существует в среде, где нет кислорода. Как микробу удаётся провернуть такой трюк, выяснила команда биологов из Нидерландов, Франции, Германии и Австралии.

Авторы открытия говорят, что новая бактерия способна выжить в среде, неблагоприятной для других микробов, также потребляющих метан, например – на Марсе (фото JPL/NASA).

Анаэробные бактерии известны давно. Но новичок, предварительно названный Methylomirabilis oxyfera, не подпадает под имеющуюся классификацию. Он извлекает энергию из метана, фактически окисляет его, обращая в воду и углекислый газ. Для "дыхания" этой бактерии нужен кислород. Но извлечены микробы из густого ила на дне рек и озёр, где данного газа нет.

Биологи поместили образец отложений в герметичные сосуды на полгода, добавив в них метан и кое-какие минералы, обычно присутствующие в воде. Бактерия Methylomirabilis oxyfera в отличие от других микробов размножилась, чем и обнаружила себя. Далее выяснился главный секрет: этот микроб умеет преобразовывать нитриты в азот и кислород (последний и идёт на "сжигание" метана). Это неизвестный ранее способ биологического синтеза кислорода, утверждают учёные.

Предполагаемая цепочка реакций, помогающая Methylomirabilis oxyfera употреблять метан "в пищу" без наличия свободного кислорода, но в присутствии нитритов (слева показан растворённый в воде нитрит-ион). Изюминка процесса – неизвестный пока фермент (обозначен знаком вопроса), который разделяет молекулы NO на кислород и азот. Надписи рядом со стрелками – известные ферменты, идентифицированные в геноме бактерии. Выход воды не показан.
Подробности данного исследования раскрывает статья в Nature (иллюстрация Katharina F. Ettwig et al./Nature).

Биологи расшифровали полный геном Methylomirabilis oxyfera. "Это было парадоксально, — говорит один из авторов работы Катарина Эттвиг (Katharina Ettwig) из голландского университета Radboud. — Мы обнаружили, что у них есть все метаболические "тропы", необходимые для жизни в присутствии кислорода, хотя они никогда не видят его, во всяком случае в нашей культуре".

Открытие проливает свет на то, как могли выглядеть микроорганизмы, существовавшие на Земле до появления в её атмосфере O₂. Биологов давно интересовала загадка: многие ферменты, использующие кислород, судя по данным исследований, возникли до того, как фотосинтезирующие организмы насытили этим газом земной воздух. Логическое несоответствие легко объяснить, если принять, что первоначально эти ферменты предназначались для работы с оксидами азота.

Кроме того, находка Methylomirabilis oxyfera должна быть с радостью воспринята сторонниками возможного существования жизни на других планетах Солнечной системы, где метан (и иные углеводороды) присутствуют, а свободного кислорода нет. Это Марс и Титан. Микроорганизмы, подобные M. oxyfera, чувствовали бы себя в такой среде вполне комфортно.