Відкриття механізму дихання у бактерій: нові горизонти в боротьбі зі зміною клімату та лікуванні захворювань
Група вчених з Франкфуртського університету імені Гете, Марбургського університету та Стокгольмського університету розкрила унікальний механізм клітинного дихання у бактерій, що живляться вуглекислим газом і воднем, перетворюючи ці енергії на уксусну кислоту. Це відкриття, що стало важливим кроком у розумінні метаболічних процесів, які виникли на ранній Землі, має вражаючий потенціал для зниження викидів CO₂ і лікування різноманітних захворювань.
Відомо, що рослини й тварини використовують кисень для перетворення цукрів на енергію у формі аденозинтрифосфату (АТФ). Однак у безкисневих умовах певні бактерії «вдихають» вуглекислий газ і водень, перетворюючи їх на уксусну кислоту. Дослідницька команда виявила, що цей біохімічний процес не лише спрощує життя багатьом мікроорганізмам, але й активує механізм, що відповідає за вироблення АТФ шляхом транспорту натрієвих іонів через мембрану клітини.
Фолькер Мюллер, професор молекулярної мікробіології та один із авторів дослідження, зазначив, що сформований комплекс білків Rnf виконує важливу роль: «Це виробництво уксусної кислоти активує складний механізм, в рамках якого іони натрію «викачуються» із бактеріальної клітини в навколишнє середовище».
Науковці підтвердили свою гіпотезу за допомогою криоелектронної мікроскопії, що дозволяє створити тривимірну модель структур білкових комплексів у їх природному стані. Аналіз показав, що частини комплексу Rnf працюють у вигляді «механічних деталей», передаючи електрони та іони, в той час як комп’ютерне моделювання виявило, що залізно-сірчані центри комплексу здатні притягувати натрієві іони, діючи як магніт.
Дослідження має практичне застосування: бактерії, що поглинають CO₂ та виробляють уксусну кислоту, можуть стати важливими гравцями у зменшенні викидів парникових газів у промисловості, на приклад, у виробництві біопалив. Окрім того, поглиблене розуміння цього метаболічного процесу може відкрити нові горизонти в лікуванні захворювань, пов’язаних із порушеннями клітинного дихання, таких як митохондріальні хвороби, нейродегенеративні розлади, включаючи хворобу Паркінсона та Альцгеймера, а також серцеву недостатність.
Згідно з даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, хвороби, пов’язані з порушенням клітинного дихання, є одними з основних причин смертності в усьому світі. Таким чином, ці відкриття не лише мають потенціал революціонізувати не лише нашу інформацію про еволюцію клітинних процесів, але й можуть стати запорукою розробки нових терапевтичних стратегій, що важливо в умовах зростаючого тягаря на систему охорони здоров’я глобально.
Оцінюючи ці відкриття, слід зауважити, що наукові дослідження у галузі молекулярної біології становлять основу для вирішення ключових екологічних та медичних проблем, з якими людство стикається сьогодні.
