Επιστήμονες εξιχνιάζουν το «μυστήριο» του μεταβολισμού

Επιστήμονες εξιχνιάζουν το «μυστήριο» του μεταβολισμού

SHUTTERSTOCK

Έρευνα της οποίας ηγήθηκαν επιστήμονες του Rutgers University ρίχνει φως σε ένα από τα αρχαιότερα μυστήρια της επιστήμης: Πώς ξεκίνησε ο μεταβολισμός, δηλαδή η διαδικασία με την οποία οι ζωντανοί οργανισμοί μετατρέπουν την ενέργεια από την τροφή σε κίνηση και ανάπτυξη.

Για να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν «αντίστροφη μηχανική» σε μια αρχέγονη πρωτεΐνη και την εισήγαγαν σε ένα ζωντανό βακτήριο, όπου εκκίνησε επιτυχώς τον μεταβολισμό, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή του κυττάρου, σύμφωνα με τη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Είμαστε πιο κοντά στο να κατανοήσουμε τις ενδότερες διεργασίες του αρχαίου κυττάρου που ήταν ο πρόγονος όλης της ζωής στη Γη- και ως εκ τούτου να κατανοήσουμε το πώς εμφανίστηκε εξαρχής η ζωή και το ποιους δρόμους μπορεί να πήρε σε άλλους κόσμους» είπε ο Άντριου Μούτερ, lead author της έρευνας και μεταδιδακτορικός στο Τμήμα Θαλάσσιων και Παράκτιων Επιστημών του πανεπιστημίου.

Η ανακάλυψη αυτή επίσης μπορεί να έχει επιπτώσεις και στον τομέα της συνθετικής βιολογίας, στο πλαίσιο της οποίας αξιοποιείται ο μεταβολισμός των μικροβίων για την παραγωγή βιομηχανικών χημικών, καθώς και τον τομέα των βιοηλεκτρονικών, που αξιοποιεί τα «φυσικά» κυκλώματα των κυττάρων για αποθήκευση ενέργειας και άλλες λειτουργίες.

Οι επιστήμονες εξέτασαν μια κατηγορία πρωτεϊνών, τις φερρεδοξίνες, που υποστηρίζουν τον μεταβολισμό σε βακτήρια, φυτά και ζώα μετακινώντας ηλεκτρισμό μέσω κυττάρων. Οι πρωτεΐνες αυτές έχουν διαφορετικές, πολύπλοκες μορφές στους σημερινούς ζωντανούς οργανισμούς, αλλά οι επιστήμονες εικάζουν πως προέκυψαν όλες από μια πολύ απλούστερη πρωτεΐνη η οποία ήταν παρούσα στον πρόγονο όλης της ζωής στον πλανήτη μας.

Όπως οι βιολόγοι συγκρίνουν σημερινά πουλιά και ερπετά για να βγάλουν συμπεράσματα για τους κοινούς προγόνους τους, οι ερευνητές σύγκριναν μόρια φερρεδοξινών που είναι παρόντα σε ζωντανούς οργανισμούς και, χρησιμοποιώντας υπολογιστικά μοντέλα, σχεδίασαν αρχέγονες μορφές που μπορεί να υπήρξαν σε αρχαιότερα στάδια της εξέλιξης της ζωής. Η έρευνα αυτή οδήγησε στη δημιουργία μιας βασικής έκδοσης της πρωτεΐνης: Μιας φερρεδοξίνης που είναι σε θέση να μεταφέρει ηλεκτρισμό εντός ενός κυττάρου και που, με το πέρασμα αιώνων εξέλιξης, μπορεί να οδήγησε στην εμφάνιση των πολλών ειδών που υπάρχουν σήμερα.

Στη συνέχεια, για να αποδείξουν πως το συγκεκριμένο μοντέλο αρχαίας πρωτεΐνης μπορούσε όντως να υποστηρίξει ζωή, το εισήγαγαν σε ένα ζωντανό κύτταρο. Το αποτέλεσμα ήταν μια αποικία τροποποιημένου E. coli που επέζησε και αναπτύχθηκε, αν και πιο αργά από ό,τι υπό κανονικές συνθήκες.

Ο Βίκας Νάντα, ένας εκ των συντελεστών της έρευνας και καθηγητής στο Rutgers Robert Wood Johnson Medical School και το Center for Advanced Biotechnology and Medicine, είπε πως οι επιπτώσεις που μπορεί να έχει η ανακάλυψη αυτή στη συνθετική βιολογία και τη βιοηλεκτρονική προκύπτουν από τον ρόλο των φερρεδοξινών στα «κυκλώματα» της ζωής: «Οι πρωτεΐνες αυτές διοχετεύουν ηλεκτρισμό στο πλαίσιο του εσωτερικού “κυκλώματος” ενός κυττάρου. Οι φερρεδοξίνες που εμφανίζονται στη σύγχρονη ζωή είναι πολύπλοκες- αλλά δημιουργήσουμε μια απλουστευμένη έκδοση που εξακολουθεί να υποστηρίζει ζωή. Μελλοντικά πειράματα θα μπορούσαν να πατήσουν πάνω σε αυτή την απλή έκδοση για πιθανές βιομηχανικές εφαρμογές» σημείωσε ο Νάντα.