Обнаружены бактерии, способные заменять фосфор мышьяком в ключевых биомолекулах, таких, как ДНК и АТФ - Гранит науки - 2010-12-07

Обнаружены бактерии, способные заменять фосфор мышьяком в ключевых биомолекулах, таких, как ДНК и АТФ – в природе эти микробы обитают в специфической, богатой мышьяком среде.

Мышьяк и фосфор находятся в таблице Менделеева в одной группе и имеют много общего. Жизнь на Земле эволюционно приспособлена к тому, что биологические молекулы включают в свой состав, наряду с углеродом, кислородом, водородом, азотом и серой, также фосфор, но никак не мышьяк. Последний, при попадании в организм, в силу своего сходства с фосфором «обманным путем» интегрируется в жизненно важные молекулы, делая их нефункциональными. Возможность замещения сходными элементами друг друга в живых объектах была показана в научной фантастике и даже в ученических теоретических работах, где школьникам предлагалось описать жизнь на других планетах с другим предпочтительным элементным составом. Там, как правило, углерод заменялся кремнием, а фосфор – мышьяком. И вот теперь Фелиса Вольфе-Саймон (Felisa Wolfe-Simon), астробиолог NASA при Геологической Службе США (United States Geological Survey) опубликовала с коллегами статью в Science (3 December, 2010), где представлены результаты культивирования в лаборатории бактерий, которые оказались способны жить и размножаться в мышьяковой среде.

Фосфор формирует часть химического скелета нуклеиновых кислот – носителей генетической информации, спиральных молекул ДНК и РНК. Кроме того, фосфор является главной составляющей аккумулятора клеточной энергии молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). Без этих фосфорных соединений представить себе жизнь как таковую невозможно. Живут, включая фосфор в синтезируемые макромолекулы, и бактерии семейства галомонад (Halomonadaceae), о которых идет речь в статье Вольфе-Саймон с соавторами. Штамм под названием GFAJ-1, выделенный из вод калифорнийского озера Моно, культивировали сначала в среде с фосфором. Но поскольку само озеро представляет собой уникальную мышьяковую и сильносоленую, а также щелочную среду, исследователи задались вопросом, не являются ли обитающие в нем микробы экстремофилами настолько, что будут использовать мышьяк вместо фосфора? Оказалось, что постепенная замена фосфора в лабораторной питательной среде мышьяком не мешает галомонадам из озера Моно размножаться, не приводит к ущемлению роста их клеток - они даже получаются на 60% крупнее (хотя с большими пустотами внутри клетки). Однако, по оценкам авторов, предпочитают эти микробы все-таки фосфор. Включение мышьяка в нуклеиновые кислоты точно на позиции фосфора показано тонкой рентгенографией при использовании в ростовой среде бактерий меченого мышьяка. Эти эксперименты проводились на Стэнфордском синхротронном Источнике излучения (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL). В продолжение исследований Вольфе-Саймон с коллегами намерены выяснить, какие ферменты ответственны за транспорт мышьяка внутрь бактериальной клетки.