Одна форма жизни миллиарды лет производит энергию "замечательными" способами: что нам известно

В связи с климатическим кризисом, который навис над человечеством и планетой в целом, люди все чаще обращаются к "зеленому" водороду и другим возобновляемым источникам энергии. Теперь исследователи обнаружили нечто удивительное: археи — третья форма жизни после бактерий и эукариотов — уже миллиарды лет производит энергию, используя газообразный водород и "ультраминимальные" ферменты, пишет Science Alert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

В результате ученые пришли к выводу, что археи не просто обладают наименьшими ферментами, использующими водород, в сравнении с бактериями и эукариотами, но их ферменты также являются наиболее сложными на сегодняшний день.

По словам ведущего автора исследования, микробиолога из Университета Монаша в Австралии Пок Ман Люнга, эти ферменты не только крохотные и мощные, но именно они, похоже, позволили археям процветать в самых агрессивных средах Земли, где почти отсутствует кислород.

Лишь недавно ученые начали рассматривать водород в качестве источника энергии, однако нам есть чему поучиться в этом вопросе у архей, ведь они проделывают это миллиарды лет. Команда полагает, что теперь у биотехнологов есть возможность черпать вдохновение для промышленного производства водорода у архей.

Отметим, именно водород является наиболее распространенным элементом во Вселенной и используется во всем мире для производства удобрений и других химикатов, обработки металлов, переработки пищевых продуктов и топлива. Однако будущее использование водорода связано с несколькими проблемами:

• хранение энергии;
• производство стали с нулевыми выбросами.

Ученым известно, что микроорганизмы производят и выделяют газообразный водород (H2) для разных целей, в том числе для избавления от лишних электронов, образующихся во время ферментации. Ферменты, используемые для потребления или производства H2, называются гидрогенезами и впервые были исследованы на древе жизни всего около 8 лет назад. С тех пор количество известных видов микробов резко возросло, в особенности это касается архей, обитающих в самых экстремальных условиях, в том числе:

• горячих источниках;
• вулканах;
• глубоководных жерлах.

В то же время большинство архей сегодня известны лишь по фрагментам их генетического кода, обнаруженным в этих средах, а многие из них не были культивированы в лаборатории, так как это чрезвычайно сложно.

Поэтому команда искала ген, кодирующий часть одного типа гидрогеназа в более чем 2300 кластерах видов архей. Далее ученые использовали Google AlphaFold2 для предсказания кодируемых ферментов и смогли экспрессировать их в бактериях E. Coli. Таким образом им удалось проверить, действительно ли эти гены функциональны и способны катализировать водородные реакции.

По словам Люнга, открытие команды приближает их к пониманию того, как процесс производства газообразного водорода дал начало всем эукариотам, в том числе и человеку. Считается, что все эукариоты произошли от союза анаэробной археи и бактерии, которую она поглотила миллиарды лет назад. Второй, гораздо более поздний эндосимбиоз дал начало предку растений с хлоропластами.

Результаты исследования также показывают, что археи, в отличие от бактерий и эукариот, собирают "замечательные гибридные комплексы" для своих нужд в производстве водорода, соединяя вместе два типа гидрогеназ.