Sülfitin sülfite indirgendiği Fsr’nin katalitik bölgesinin resmi. Sülfiti bağlayan ve dönüştüren siroheme (pembe renkte), çözücünün erişebildiği bir protein boşluğuna (gri yüzey) gömülüdür. Bu sayede sülfit proteine kolayca girebilir ve üretilen sülfit proteinden ayrılabilir. Kredi: Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü
Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, metan üreten bir mikrobun zehirlenmeden zehirli sülfit üzerinde nasıl geliştiğini ortaya çıkardılar.{4 }
Metanojenler, oksijenden yoksun bir ortamda metan üreten küçük organizmalardır. Geviş getiren hayvanların sindirim sisteminde olduğu gibi metan üretimi, metan oldukça güçlü bir sera gazı olduğu için küresel karbon döngüsünde önemli bir rol oynar. Bununla birlikte metan, evleri ısıtmak için bir enerji kaynağı olarak da hizmet edebilir.
Büyüme için toksik bir temel
Şu anda Nature Chemical Biology’de yayınlanan çalışmanın konusu, denizlerdeki ısıyı seven iki metanojendir: Methanothermococcus thermolithotrophicus (yaklaşık 65 °C sıcaklıkta jeotermal olarak ısıtılmış tortullarda yaşar) ve Methanocaldococcus jannaschii (yaklaşık 85 °C sıcaklıktaki derin deniz volkanlarını tercih eder).
Hücresel enerjilerini metan üreterek elde ederler ve büyümeleri için kükürt alırlar.
Sülfit çoğu organizma için bir zehir olsa da, metanojenler için gereklidir ve yüksek konsantrasyonlarını bile tolere edebilirler. Bununla birlikte, Aşil topuğu, metan yapmak için gereken enzimi yok eden zehirli ve reaktif kükürt bileşiği sülfittir.
Araştırılan her iki organizma da ortamlarında zaman zaman sülfite maruz kalır; örneğin, oksijen girdiğinde ve indirgenmiş sülfit ile reaksiyona girer. Kısmi oksidasyonu sülfit oluşumuna neden olur ve bu nedenle metanojenlerin kendilerini korumaları gerekir. Ancak bunu nasıl yapabilirler?
Saflaştırılmış F420’ye bağlı sülfit redüktaz (Fsr) ile Marion Jespersen. Siyah renk, reaksiyona katılan tüm demirden gelir. Deneyler, enzimi oksijen ve gün ışığından korumak için anaerobik bir odada ve yapay ışık altında gerçekleştirilir. Kredi: Tristan Wagner/Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü
Sürecin moleküler bir anlık görüntüsü
Almanya, Bremen’deki Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü’nden Marion Jespersen ve Tristan Wagner, Kaiserslautern Üniversitesi’nden Antonio Pierik ile birlikte, şimdi sülfiti detoksifiye eden enzimin bir anlık görüntüsünü sağlıyor. Bu kelebek şeklindeki enzim, F420’ye bağlı sülfit redüktaz veya Fsr olarak bilinir. Sülfiti, metanojenlerin büyümesi için ihtiyaç duyduğu güvenli bir kükürt kaynağı olan sülfite çevirebilir.
Mevcut çalışmada, Jespersen ve meslektaşları enzimin nasıl çalıştığını açıklıyor. Jespersen, “Enzim sülfiti yakalar ve doğrudan örneğin amino asitlere dahil edilebilecek sülfide indirger”, diye açıklıyor Jespersen, “Sonuç olarak, metanojen zehirlenmez ve hatta ürünü kükürt kaynağı olarak kullanır. . Zehiri yiyeceğe çeviriyorlar!”
Kulağa basit geliyor. Ama aslında, Jespersen ve meslektaşları büyüleyici ve karmaşık bir örtüşmeyle uğraştıklarını fark ettiler. Jespersen, “Sülfit indirgemenin iki yolu vardır: ayrıştırıcı ve özümleyici”, diye açıklıyor. “İncelenen organizma, sindirici bir enzim gibi inşa edilmiş bir enzim kullanıyor, ancak bir özümseme mekanizması kullanıyor. En azından yaşam koşulları açısından her iki dünyanın en iyi özelliklerini bir araya getiriyor diyebiliriz.”
Hem ayrıştırıcı hem de özümleyici yollardan gelen enzimlerin tek bir ortak atadan evrimleştiği varsayılıyor. Bremen’deki Max Planck Enstitüsü’nde Max Planck Araştırma Grubu Mikrobiyal Metabolizma başkanı Tristan Wagner, “Sülfit redüktazlar, küresel kükürt ve karbon döngüleri üzerinde büyük etkisi olan eski enzimlerdir” diye ekliyor. “Enzimimiz Fsr, muhtemelen bu eski ilkel enzimin anlık görüntüsüdür; evrime heyecan verici bir bakıştır.”
Biyoteknolojik uygulamalar göz önündedir
Fsr, yalnızca evrimsel çıkarımlar sunmakla kalmaz, aynı zamanda ayrıca deniz mikroplarının büyüleyici dünyasını daha iyi anlamamızı sağlar. Yalnızca sülfit üzerinde büyüyebilen metanojenler, olağan kükürt substratları olan tehlikeli sülfiti kullanma ihtiyacını ortadan kaldırır.
“Bu, bu önemli mikroorganizmaları incelemek için daha güvenli biyoteknolojik uygulamalara yönelik fırsatlar sunuyor. En uygun çözüm, ucuz, bol ve tamamen güvenli bir kükürt kaynağı olan sülfatı azaltan bir metanojen bulmak olacaktır” diyor Wagner.
Aslında bu metanojen zaten var, Methanothermococcus thermolithotrophicus. Araştırmacılar, Fsr’nin bu sülfat indirgeme yolunun son reaksiyonunu düzenlediğini çünkü bunun ara maddelerinden birinin sülfit olduğunu varsaydılar.
“Sülfatı sülfite nasıl dönüştürebileceğini anlamak için bir sonraki görevimiz, tam bir resim elde etmek. bu mucize mikropların yetenekleri.”
Referans: “Structures of the sulfite detoksifying F420-bağımlı enzim from Methanococcales” yazan Marion Jespersen, Antonio J. Pierik ve Tristan Wagner, 19 Ocak 2023, Nature Chemical Biology.{ 14} DOI: 10.1038/s41589-022-01232-y