کشف رازهای پیدایش زندگی در زمین و حیات فرازمینی با میکروبی جدید!

دانشمندان مؤسسه RIKEN یک میکروب جدید کشف کرده‌اند که می‌تواند اطلاعات مهمی درباره پیدایش زندگی در زمین و حیات فرازمینی به ما بدهد.

به گزارش تک‌ناک، این میکروب که در چشمه‌های داغ شمال کالیفرنیا پیدا شده است، دی‌اکسید کربن را به مواد شیمیایی دیگری تبدیل می‌کند. این فرایند نه تنها انرژی تولید می‌کند، بلکه از یک مسیر متابولیکی جدید بهره می‌گیرد، که می‌تواند شبیه به اولین روش‌های تولید انرژی در زمین باشد.

شینو سوزوکی، سرپرست این تحقیق گفت: «این کشف غیرمعمول است و می‌تواند کاربردهای زیادی در بیوتکنولوژی داشته باشد.»

شرایط غیرعادی که این میکروارگانیسم‌ها در آن زندگی می‌کنند، می‌تواند محیطی باشد که در آن حیات در زمین آغاز شده است. بنابراین این نوع جدید تثبیت کربن می‌تواند یکی از ابتدایی‌ترین فرایندهای تبدیل انرژی را در حیات اولیه نشان دهد.

همچنین ممکن است بتواند برای تقویت تولیدات میکروبی مواد شیمیایی و سوخت‌های زیستی استفاده شود.

جهان‌های ناشناخته میکروبی

این میکروب که نوعی موجود تک‌سلولی به نام آرکئون است، از یک اکوسیستم خاص به نام Cedars می‌آید.

اکوسیستم Cedars حدود ۱۵۰ کیلومتری شمال پل گلدن‌گیت سانفرانسیسکو قرار دارد و به دلیل تشکیلات معدنی عجیب شناخته می‌شود، که به دلیل واکنش سنگ‌های زیرزمینی با آب به وجود می‌آید.

این فرایند، آب‌هایی تولید می‌کند که غنی از کلسیم، هیدروژن و متان هستند، اما فاقد دیگر مواد ضروری برای حیات می‌باشند. با وجود این، زندگی در این مکان ادامه دارد.

حدود ۱۵ سال پیش، سوزوکی و تیم او شروع به شناسایی میکروب‌ها در این محیط سخت کردند و با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته ژنتیکی، باکتری‌ها و آرکئون‌ها را در این منطقه کشف کردند.

آنها با انواع مختلفی از میکروب‌های عجیب روبه‌رو شدند، که هرکدام ویژگی‌های ژنتیکی و متابولیکی خاص خود را داشتند.

برخی از این میکروب‌ها از هیدروژن تغذیه می‌کردند، در حالی که برخی دیگر مواد معدنی موجود در آب‌های قلیایی را مصرف می‌کردند. اما هیچکدام به اندازه Met12 عجیب و جالب نبودند.

بینش‌های ژنتیکی و تطابق میکروبی

Met12 یک آرکئون است که در آب‌های عمیق زیرزمینی Cedars زندگی می‌کند. تجزیه و تحلیل‌های ژنتیکی نشان داد که این میکروب به گروهی از میکروب‌های بی‌هوازی نزدیک است، که به تولید متان به عنوان محصول جانبی متابولیسم خود شناخته می‌شوند. با وجود این، Met12 ژن‌های لازم برای تولید متان را ندارد.

در عوض، این میکروب از یک مسیر متابولیکی متفاوت استفاده می‌کند که در آن دی‌اکسید کربن به مولکول استات تبدیل می‌شود، بدون اینکه متانی تولید شود. این فرایند با کمک یک ژن خاص به نام MmcX انجام می‌شود.

این ژن به Met12 کمک می‌کند تا الکترون‌های بیشتری وارد کند و به این ترتیب انرژی بیشتری تولید نماید. این ویژگی به Met12 کمک می‌کند که در شرایط سخت مانند Cedars رشد نماید، جایی که به نظر می‌رسد شرایط برای زندگی مناسب نباشد.

سوزوکی عنوان کرد: «این کشف نشان می‌دهد که حیات می‌تواند به روش‌های غیرمنتظره‌ای با محیط‌های دشوار تطبیق پیدا کند. این یافته می‌تواند به ما کمک کند تا درک بهتری از چگونگی پیدایش زندگی اولیه در زمین یا حتی حیات فرازمینی در سیارات دیگر پیدا کنیم.»

حوزه‌‌های جدید در مهندسی میکروبی

وقتی سوزوکی و همکاران او از ایالات متحده، دانمارک و ژاپن برای اولین بار Met12 را کشف کردند، به نتایج خود شک داشتند. سوزوکی بیان کرد: «من خودم هم باور نمی‌کردم. فکر می‌کردم اشتباه کرده‌ام.»

آنها فقط توالی‌های ژنی میکروب را در اختیار داشتند و برای بازسازی ژنوم آن مجبور شدند از روش‌های خاصی استفاده کنند.

کشت Met12 در آزمایشگاه سخت بود، بنابراین نمی‌توانستند آن را با روش‌های سنتی میکروبیولوژیکی تأیید کنند. برای تأیید وجود این میکروب، آنها به زیست‌شناسی مصنوعی روی آوردند و از روش‌های خلاقانه استفاده کردند.

آنها ژن MmcX را به یک باکتری خاص وارد کردند، که به طور ژنتیکی تغییر کرده بود تا توانایی انتقال الکترون نداشته باشد. این تغییر به میکروب کمک کرد تا الکترون‌ها را جذب کند و حتی توانایی‌های آن را افزایش دهد.

با آزمایش‌های بیشتر، آنها توانستند بفهمند که Met12 چگونه از این الکترون‌ها برای تولید انرژی با استفاده از دی‌اکسید کربن به عنوان سوخت استفاده می‌کند.

کاربردهای بالقوه و تحقیقات آینده

این کشف کاربردهای عملی زیادی دارد. باکتری که تیم تحقیقاتی سوزوکی روی آن کار کرده است، اغلب برای تولید سوخت‌های زیستی استفاده می‌شود.

با استفاده از ژن MmcX، سوزوکی امیدوار است که عملکرد میکروب‌های مهندسی‌شده‌ای که به انتقال الکترون نیاز دارند، برای تولید سوخت‌های زیستی و مواد شیمیایی بهبود یابد. نوآوری آنها باعث ثبت امتیاز برای این فناوری جدید شده است.

این آرکئون می‌تواند به جذب کربن نیز کمک کند، که باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و کند کردن تغییرات آب و هوایی می‌شود.

امکانات برای استفاده از MmcX محدود نیست. سوزوکی پیش‌بینی می‌کند که با تحقیقات بیشتر در Cedars و بررسی محیط‌های دیگر با تنوع ژنتیکی ناشناخته، کشفیات جدید و مهمی درباره پیدایش زندگی در زمین خواهند داشت.

تیم او اکنون به دنبال موجودات اکستریموفیل (موجودات شدیددوست یا مقاوم به شرایط سخت) در مکان‌هایی مانند: چشمه‌های آب گرم Hakuba Happo ژاپن و آتشفشان‌های زیرآبی در خندق ماریانا هستند.