Derde levensvorm produceert energie op ‘opmerkelijke’ manieren, ontdekken wetenschappers: ScienceAlert

Terwijl de wereld overgaat op groene waterstof en andere hernieuwbare energiebronnen, hebben wetenschappers ontdekt dat archaea De derde levensvorm Na bacteriën en eukaryoten produceren zij al miljarden jaren energie met behulp van waterstofgas en ‘radicale’ enzymen.

Concreet ontdekte het internationale team van onderzoekers dat ten minste negen phyla van AntiekEen domein van eencellige organismen die geen interne membraangebonden structuren hebben. Ze produceren waterstofgas met behulp van enzymen waarvan men denkt dat ze alleen in de andere twee levensvormen aanwezig zijn.

Ze realiseerden zich dat archaea niet alleen kleinere waterstofgebruikende enzymen hebben dan bacteriën EukaryotenMaar de enzymen voor het consumeren en produceren van waterstof zijn ook de meest complexe tot nu toe.

Deze kleine maar krachtige enzymen lijken archaea in staat te hebben gesteld te overleven en te gedijen in enkele van de meest vijandige omgevingen op aarde, waar weinig of geen zuurstof is.

“Mensen zijn pas onlangs begonnen na te denken over het gebruik van waterstof als energiebron, maar Archaea doet dit al een miljard jaar.” Hij zegt Bok Man Leong, een microbioloog aan de Monash Universiteit in Australië, die het onderzoek mede leidde.

“Biotechnologen hebben nu de mogelijkheid om inspiratie te halen uit deze archaea om waterstof synthetisch te produceren.”

Waterstof is het meest voorkomende element in het heelal Wereldwijd gebruikt Om meststoffen en andere chemicaliën te maken, mineralen te verwerken, voedsel te verwerken en brandstoffen te raffineren.

Maar de toekomst van waterstof ligt in energieopslag en staalproductie, die zonder uitstoot geproduceerd kunnen worden Als er duurzame energie wordt gebruikt Om stoffen zoals water om te zetten in waterstofgas.

Micro-organismen Productie en vrijgave van waterstofgas (H₂) Voor totaal andere doeleinden, voornamelijk om overtollige elektronen te verwijderen die tijdens de productie worden geproduceerd FermentatieHet is een proces waarbij organismen energie halen uit koolhydraten zoals suikers zonder zuurstof.

Enzymen die worden gebruikt om H₂ Genaamd Hydrogenaseen werden voor het eerst uitgebreid onderzocht over de levensboom Nog maar acht jaar geleden. Sindsdien is het aantal bekende microbiële soorten dramatisch toegenomen, vooral archaea, die zich schuilhouden in extreme omgevingen, zoals warmwaterbronnen, vulkanen en diepzeeopeningen.

De meeste archaea zijn echter alleen bekend uit delen van hun genetische code die in deze omgevingen worden aangetroffen, en vele zijn niet in het laboratorium gekweekt omdat het te moeilijk is om dat te doen.

Daarom zochten Chris Greening, een microbioloog aan de Monash University, en zijn collega’s naar het deel dat codeert voor het gen voor één type snelwerkende hydrogenase. [FeFe] hydrogenase, in meer dan 2.300 archaea-soortengroepen die zijn opgenomen in een wereldwijde database.

Vervolgens gaven ze Google’s AlphaFold2 de opdracht om de structuur van de gecodeerde enzymen te voorspellen en die enzymen tot expressie te brengen in… coli bacteriën Om te bevestigen dat deze genen inderdaad functioneel waren, produceerden bacteriën waterstofasen die waterstofreacties in hun surrogaatgastheer konden katalyseren.

“Onze bevindingen brengen ons een stap dichter bij het begrip hoe dit cruciale proces aanleiding gaf tot het ontstaan ​​van alle eukaryoten, inclusief de mens.” Hij zegt.

Eukaryoten zijn levende organismen waarvan de cellen een kern en membraangebonden organellen bevatten, zoals mitochondriën en andere nuttige cellulaire fabrieken.

Er wordt aangenomen dat alle eukaryoten zijn ontstaan ​​uit de vereniging van anaërobe archaea met bacteriën die hen miljarden jaren geleden hebben verslonden. De tweede endosymbiose gaf veel later aanleiding tot de voorouder van planten, met chloroplasten.

Greening, Leung en hun collega’s vonden de genetische instructies voor [FeFe] Hydrogenasen in negen archaea-fyla bevestigden dat ze inderdaad actief zijn in deze micro-organismen, waardoor ze drie van de drie levensdomeinen zijn die dit soort enzymen gebruiken om waterstof te maken.

Maar in tegenstelling tot bacteriën en eukaryoten toonden verdere analyses aan dat archaea ‘exquise hybride complexen’ assembleren om aan hun waterstofproductiebehoeften te voldoen, waarbij twee soorten waterstofasen samensmelten.

“Deze resultaten onthullen nieuwe metabolische aanpassingen voor archaea, waardoor H₂ Katalysatoren voor de ontwikkeling van de biotechnologie, en een verrassend verweven evolutionaire geschiedenis tussen de twee grote H₂Team “Metabolische enzymen”. Schrijf in hun papier.

Veel van de gecatalogiseerde archaea-genomen die in dit onderzoek zijn geanalyseerd, zijn echter onvolledig, en wie weet hoeveel soorten er nog moeten worden ontdekt.

Archaea heeft waarschijnlijk andere ingenieuze manieren om energie te produceren die we nog niet hebben ontdekt.

Het onderzoek is gepubliceerd in cel.