كشف نوعي باكتري در اعماق اقيانوس با متابوليسمي كاملا جديد

دانشمندان آلماني ادعا مي‌كنند نوعي باكتري كه استوباكتريوم وودي (Acetobacterium woodii) نام دارد و در روده‌هاي موريانه‌ها نيز زندگي مي‌كند، حتي بدون نياز به اكسيژن، مي‌تواند هيدروژن و كربن‌دي‌اكسيد را هم ايجاد و هم براي توليد انرژي مورد استفاده قرار دهد.

توانايي بقا براساس مواد آلي و غيرآلي بدون نياز به اكسيژن موجب مي‌شود كه اين باكتري درميان ميكروارگانيسم‌هاي ديگر كاملا منحصربه‌فرد باشد و در‌حالي‌كه دانشمندان مدت‌ها گمان مي‌بردند كه چنين چيزي ممكن است وجود داشته باشد، اين فرايند هرگز به‌طور آشكار در ميان باكتري‌هاي استات‌ساز كه بدون اكسيژن متان توليد مي‌كنند، ديده نشده بود. ولكر مولر، ميكروبيولوژيست دانشگاه گوته فرانكفورت توضيح مي‌دهد:

قبلا حدسياتي در اين مورد وجود داشته است كه بسياري از اشكال حيات باستاني داراي متابوليسمي هستند كه ما آن را درمورد استوباكتريوم وودي شرح داده‌ايم. براي مثال، فرض مي‌شد باستانيان آسگارد كه چندين سال پيش در اقيانوس آرام سواحل كاليفرنيا كشف شد نيز چنين متابوليسمي داشته باشد. پژوهش‌هاي ما اولين شواهد را فراهم مي‌كند كه نشان مي‌دهد اين مسيرهاي متابوليسم واقعا وجود دارد.

چاه‌هاي گرمابي در اواخر دهه‌ي ۷۰ كشف شد و از آن زمان ما به اين نتيجه رسيديم كه اين زيستگاه‌هاي عجيب، منزلگاه اشكال پيچيده و پوياي زندگي شامل لايه‌هايي به ضخامت چندين سانتي‌متر از باكتري‌ها هستند كه از عناصر و تركيبات غيرآلي نظير هيدروژن و سولفيد كه در اين محيط‌ها وجود دارند، تغذيه مي‌كنند. درحقيقت، اين زيستگاه‌ها ممكن است يكي از بزرگ‌ترين مخازن ميكروارگانيسم‌هاي متنوع تبديل‌كننده‌ي هيدروژن در جهان باشد و براين‌اساس، تصور مي‌شود كه برخي از اين موجودات ممكن است داراي سيستم‌هاي متابوليكي متفاوت با تمام آن چيزي باشند كه تاكنون ديده‌ايم.

نكته‌ي جالب توجه اين است كه هيدروژن زياد مانع‌از فرايند تخمير مي‌شود و حتي ضعيف‌ترين چاه‌هاي گرمابي نيز از اين انديشه متخصصين شرايط مناسب براي پناه دادن به باكتري‌هاي تخميركننده را ندارند. بنابراين چگونه چنين ميكروب‌هايي در آنجا وجود دارند؟ ظاهرا پاسخ چسبيدن به هم است. اگر يك باكتري كه هيدروژن توليد مي‌كند، با ميكروارگانيسمي كه هيدروژن را اكسيد مي‌كند، دركنار هم قرار گيرند مانند باكتري باستاني توليد‌كننده‌ي متان، باكتري دوم مي‌تواند شرايط محيطي خوبي را براي زندگي و توليدمثل باكتري اول مهيا كند. اين يك دوستي كوچك سودمند (يا رابطه‌ي سينتروفي) در عمق دريا است اما درحالي‌كه اين روش احتمالا نوع غالب تخميري است كه در اين محيط‌ها رخ مي‌دهد، ممكن است تنها مورد نباشد. دراصل، تجزيه‌و‌تحليل جديد ادعا مي‌كند ميكروارگانيسمي پيدا شده است كه در يك سلول واحد باكتريايي مي‌تواند هر دو نقش را بازي كند. پژوهشگران مطالعه‌ي مذكور نتيجه‌گيري مي‌كنند:

درمقابل، استوباكتريوم وودي ويژگي‌هاي متابوليكي هر دو شريك سينتروفيك را در يك سلول باكتريايي با هم تركيب مي‌كند. بسته به شرايط محيطي، استوباكتريوم وودي مي‌تواند نقش شريك تخميركننده يا شريك مصرف‌كننده‌ي هيدروژن را بازي كند.

مشخص نيست كه اين باكتري دقيقا چگونه به اين هدف دست پيدا مي‌كند؛ اما نويسندگان مقاله چنين فرض مي‌كنند كه يك مسير مواد آلي را به استيك اسيد، الكل‌ها و هيدروژن مولكولي تخمير مي‌كند، درحالي‌كه مسير ديگر به‌عنوان يك سينك الكتروني براي محيط خارجي عمل كرده و با ايجاد استيك‌اسيد از كربن‌دي‌اكسيد و هيدروژن فرايند تخمير را ازانديشه متخصصين انرژي امكان‌پذير مي‌كند.

پژوهشگران با خاموش كردن ژن‌هاي كنترل‌كننده‌ي آنزيم مسئول توليد هيدروژن، دريافتند كه اگر هيدروژن خارجي افزوده شود، باكتري مي‌تواند تنها روي يك پيش‌ماده‌ي فروكتوز رشد كند. آزمايش‌هاي بيشتر نشان داد كه هر دو مسير به هيدروژني مرتبط هستند كه سلول را ترك نمي‌كند.

درحالي‌كه اين متابوليسم مضاعف ممكن است در باكتري‌هاي ديگر نيز وجود داشته باشد، اين سيستم كمياب‌ است. استوباكتريوم وودي آستانه‌ي هيدروژن بسيار پايين‌تري دارد و نمي‌تواند مانند باستانيان متانوژنيك از تبديل كربن‌دي‌اكسيد به متان انرژي زيادي توليد كند. اين بدان معنا است كه احتمالا باكتري‌هاي استات‌ساز فعال در اين چاه‌هاي گرمابي فراواني كمي داشته و شايد به همين دليل است كه تاكنون متوجه حضور آن‌ها نشده‌ايم. آنجا ويچمن، متخصص ميكروبيولوژي مولكولي و يكي از اعضاي اين گروه پژوهشي مي‌گويد:

اگرچه، طي فرايند بازيافت هيدروژني كه ما كشف كرديم، استوباكتريوم وودي حداكثر انعطاف‌پذيري متابوليكي را دارد. اين باكتري طي يك چرخه هم مي‌تواند هيدروژن را توليد و هم آن را استفاده كرده يا مي‌تواند هيدروژن را از منابع خارجي مورد استفاده قرار دهد.

نتايج اين پژوهش در مجله‌ي The ISME Journal منتشر شده است.