Бактерия Tolumonas auensis - Гранит науки - 2018-03-30

Бактерия, производящая углеводород толуол, делает это за счет двух генов, которые обнаружены спустя тридцать с лишним лет после открытия самой бактерии. В 1986 году из отложений на дне Цюрихского озера была выделена бактерия, производящая горючий и ядовитый толуол. Изучать бактерию Tolumonas auensis, открытую 32 года назад, было трудно – она не поддавалась культивированию в лаборатории. Сейчас на помощь микробиологии пришла метагеномика и биохимия. Бактерия, производящая толуол, не единственный производитель углеводородов в мире микробов, но продукт ее жизнедеятельности особый: в молекуле толуола богатые энергией связи между атомами, следовательно, и процесс их создания требует затрат энергии.

Но толуол также токсичен. Для изучения уникальной бактерии несколько лет назад микробиолог Харри Беллер (Harry Beller) из Объединенного биоэнергетического института (Joint BioEnergy Institute) в Калифорнии вместе с коллегами решил воссоздать эксперимент швейцарских ученых тридцатилетней давности и выделил подобный микроорганизм из отложений на дне озера Джуэл в калифорнийском Беркли. В добытых придонных образцах обнаружились следы толуола, которые присутствовали также в осадке близлежащей водоочистной станции. Беллер с коллегами разделили добычу на фракции и последовательно отбрасывали те, где не было признаков углеводородов. Грязь, содержащую следы присутствия толуола, подвергли геномному сканированию и создали таким образом библиотеку из 600 кандидатных генов.

Проведенный ранее анализ швейцарской бактерии показал, что гены, ответственные за производство толуола, скорее всего, относятся к известному семейству ферментов (GRE), которые участвуют во многих сложных реакциях с образованием свободных радикалов. И почти всегда каждому из этих ферментов нужен активирующий их другой фермент. Группа Беллера выявила в своих совокупных – метагеномных - данных два соответствующих гена (Phd B и Phd A), а для подтверждения идеи о том, что именно они обеспечивают продукцию необходимых для синтеза толуола ферментов, пересадила эти гены в легко культивируемую кишечную палочку.

Выделенные из Escherichia coli целевые белки-ферменты добавили в пробирку с субстратом (фенилуксусной кислотой), который был помечен редким изотопом углерода, углеродом-13, что позволяло отследить судьбу этого вещества в реакционной смеси. В результате биохимической реакции ученые получили толуол с углеродом-13, о чем сообщили в журнале Nature Chemical Biology. Авторы предполагают, что эти же ферменты и гены задействованы в производстве толуола швейцарской бактерией. Возможно, Tolumonas auensis использует токсичный толуол как оружие против бактерий-конкурентов, но не исключено, что этот углеводород обеспечивает энергией производящую его бактерию. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».