دانشمندان به تازگی موفق به شناسایی نوعی میکروب شده‌اند که به طرز خارق‌العاده‌ای دی‌اکسید کربن را به مواد شیمیایی غنی از انرژی تبدیل می‌کند. این فرایند که از یک مسیر متابولیکی کاملاً جدید استفاده می‌کند، نه تنها بینشی بی‌نظیر درباره مکانیسم‌های ابتدایی حیات ارائه می‌دهد، بلکه می‌تواند کاربردهای بیوتکنولوژیکی بسیار امیدوار کننده‌ای را نیز به همراه داشته باشد.
این میکروب منحصر به فرد در آب‌چشمه‌های عمیق در شمال کالیفرنیا کشف شده است و به نظر می‌رسد روش‌های تثبیت کربن آن شباهت زیادی به فرآیندهای انرژی اولیه بر روی زمین دارد. یافته‌های این پژوهش می‌تواند به توسعه تولیدات میکروبی و همچنین ساخت سوخت‌های زیستی کمک کند. با ما در دیجی رو همراه باشید.
کشف میکروب بی‌همتا
گروهی از محققان مؤسسه RIKEN در ژاپن این میکروب را کشف کردند. این موجود زنده می‌تواند کلیدهایی برای درک چگونگی پیدایش حیات بر روی زمین و حتی احتمال وجود حیات در سیارات دیگر ارائه دهد. این میکروب که در محیطی فوق‌العاده قلیایی و فقیر از مواد مغذی زندگی می‌کند، با تبدیل دی‌اکسید کربن به مولکول‌های آلی نه تنها انرژی تولید می‌کند، بلکه از مسیری کاملاً جدید در متابولیسم استفاده می‌کند.
دکتر شینو سوزوکی (Shino Suzuki)، زیست‌شناس میکروبی و نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «این کشف بسیار غیرمعمول است.» او و تیمش دریافتند که این نوع تثبیت کربن ممکن است یکی از ابتدایی‌ترین فرایندهای انرژی در حیات اولیه زمین را نشان دهد.
حیات در جهانی ناشناخته
این میکروب نوعی آرکیون است؛ موجوداتی تک‌سلولی که از باکتری‌ها و یوکاریوت‌ها متفاوت‌اند. زیستگاه این میکروب، منطقه‌ای به نام The Cedars است که حدود 150 کیلومتری شمال پل گلدن گیت در سانفرانسیسکو قرار دارد. این منطقه اغلب به واسطه ترکیبات معدنی عجیب و غریبی که دارد، شناخته می‌شود که این ترکیبات به دلیل واکنش سنگ‌های زیرزمینی با آب ایجاد شده‌اند. این واکنش‌ها باعث تولید آب‌هایی غنی از کلسیم، هیدروژن و گاز متان می‌شوند، اما این آب‌ها فاقد بسیاری از عناصر ضروری برای زندگی هستند.
حدود 15 سال پیش، دکتر سوزوکی و همکارانش با استفاده از روش‌های پیشرفته توالی‌یابی ژنتیکی به شناسایی میکروب‌های این محیط پرداخته و انواع متنوعی از باکتری‌ها و آرکیون‌ها را یافتند که هر کدام ویژگی‌های ژنومی و متابولیکی خاصی داشتند. برخی از این میکروب‌ها از هیدروژن تغذیه می‌کردند و برخی دیگر مواد معدنی محلول در آب را مصرف می‌نمودند. اما یکی از شگفت‌انگیزترین آن‌ها، میکروبی به نام Met12 بود.
تحلیل ژنتیکی و سازگاری‌های متابولیکی
میکروب Met12 که در آب‌های زیرزمینی عمیق The Cedars فراوان است، از نظر ژنتیکی به گروهی از آرکیون‌های بی‌هوازی شباهت دارد که معمولاً متان تولید می‌کنند. با این حال، Met12 فاقد ژن‌های لازم برای تولید متان است.
به جای آن، این میکروب از یک مسیر متابولیکی جایگزین استفاده می‌کند که در آن دی‌اکسید کربن به یک مولکول آلی به نام استات تبدیل می‌شود، بدون اینکه متانی آزاد شود. نکته قابل توجه این است که ژنی منحصر به فرد به نام MmcX این فرآیند را تسهیل می‌کند.
این ژن توانایی جذب الکترون در میکروب را افزایش می‌دهد و به آن کمک می‌کند تا در محیط‌های دشوار مانند The Cedars زنده بماند. دکتر سوزوکی می‌گوید:
این کشف نشان دهنده سازگاری حیات با شرایط سخت است و می‌تواند بازتابی از چگونگی شکل‌گیری حیات ابتدایی یا حتی حیات فرازمینی باشد.
استفاده‌های بیوتکنولوژیکی و افق‌های جدید
زمانی که تیم سوزوکی برای اولین بار به وجود Met12 پی بردند، به یافته‌های خود شک کردند. زیرا شناسایی این موجود تنها با توالی ژنتیکی امکان‌پذیر بود و پرورش آن در آزمایشگاه بسیار دشوار بود. بنابراین، آن‌ها از زیست‌شناسی مصنوعی استفاده کردند و ژن MmcX را به یک باکتری مهندسی شده منتقل کردند که فعالیت انتقال الکترونی نداشت. این تغییر باعث افزایش توانایی جذب الکترون در آن باکتری شد.
این فناوری می‌تواند بهبود بهره‌وری میکروب‌های مهندسی شده‌ای را که برای تولید سوخت‌های زیستی و مواد شیمیایی استفاده می‌شوند، ممکن سازد. تیم پژوهشی حتی برای این تکنولوژی یک پتنت (حق اختراع) نیز ثبت کرده‌اند.
آینده پژوهش و کشف‌های جدید
دکتر سوزوکی و همکارانش اکنون در جستجوی موجودات زنده افراط دوست در مکان‌های دیگری مانند چشمه‌های آب گرم Hakuba Happo در آلپ ژاپن و آتشفشان‌های زیرآبی در گودال ماریانا هستند. او معتقد است که ژن‌های شگفت‌انگیز دیگری نیز وجود دارند که هنوز کشف نشده‌اند.
به گفته سوزوکی:
ما تازه در ابتدای راه کشف حیات در شرایطی هستیم که تصور می‌شد هیچ‌گونه زندگی در آن‌ها ممکن نیست.
