В вулканах живут бактерии, которым нужны лантаниды

Исследователи из Нидерландов получили первое свидетельство в пользу существования формы жизни, зависимой от редкоземельных металлов. Результаты исследования могут оказаться полезными как в плане перспективы обнаружения других, ранее неизвестных форм жизни, так и к разработке способов биологической добычи редкоземельных металлов.

Мы используем лантаноиды в повседневной жизни для получения красного цвета в телевизорах и мониторах, на их основе созданы катализаторы, позволяющие понизить уровень выбросов вредных веществ двигателями внутреннего сгорания или для создания оптически-волоконных кабелей. Тем не менее, никто до настоящего времени и не мог предположить, что редкоземельные металлы могут играть какую-то роль в обмене веществ.

Тем не менее, новые данные, полученные Хуубом Оп ден Кампом (Huub Op den Camp) из Университета Радбуд, демонстрируют, что бактерии-метанотрофы Methylacidiphilum fumariolicum SolV, найденные в вулканических грязевых котлах в Италии, используют лантаноиды для того, чтобы жить.

Исследователи обнаружили бактерии, изучая причины различия в предсказанном и реально измеренном содержании метана в вулканических газах, как отмечает Оп ден Камп, один из потребителей метана коренным образом отличался от известных биологических видов. Попытка выяснить, что это за вид первоначально привела лишь к тому, что исследователям удалось, что это эта культура микроорганизмов живет и размножается только в образцах почвы, отобранных из грязевых котлов. На разгадку тайны грязевого котла у ученых ушло шесть лет.

По словам голландского исследователя, у него и его коллег не было никакой идеи, какой компонент грязи позволяет микроорганизмам расти и процветать. В первую очередь с помощью экспериментов они смогли исключить витамины, равно как и любые другие органические соединения, перебрав органические вещества, исследователи приступили к изучению неорганических веществ, после чего с биохимики удивлением обнаружили, что если добавить к питательной среде, в которой растут бактерии производных таких металлов, как церий, лантан, празеодим и неодим, бактерии начинали интенсивно размножаться. Это открытие было чрезвычайно неожиданным для всех, вовлечённых в работу над исследованием – никто и предположить не мог, что лантаноиды могут принимать какое-то участие в метаболизме даже простейших.

Дальнейшее исследование показало, что бактерии встраивают ионы лантаноидов в фермент, отвечающий за одну из стадий окисления метана – метанолдегидрогеназу, рабта которого обеспечивает бактерии энергией для размножения и роста. У других метанотрофов обычно ключевым металлом метанолдегидрогеназы является кальций, однако все подозрения исследователей развеяли результаты рентгеноструктурного анализа – размер полости активного центра фермента слишком большой для идеального стерического соответствия иону кальция, а ион церия идеально соответствовал по размеру для размещения в активном кармане фермента.

Крис Энтони (Chris Anthony) из Университета Саутгемптонга, который впервые выделил классическую метанолдегидрогеназу около полувека назад, отмечает, что результаты работы нидерландских коллег могут оказать существенное влияние на изучение других метанотрофов, получающих энергию за счет переработки метана или метанола. Он добавляет, что новый тип фермента может оказаться в природе даже более распространенным, чем классическая кальцийсодержащая метанолдегидрогеназа, в особенности – в областях, где концентрация редкоземельных элементов высока.