کشف نوعی باکتری در اعماق اقیانوس با متابولیسمی کاملا جدید

دانشمندان آلمانی ادعا می‌کنند نوعی باکتری که استوباکتریوم وودی (Acetobacterium woodii) نام دارد و در روده‌های موریانه‌ها نیز زندگی می‌کند، حتی بدون نیاز به اکسیژن، می‌تواند هیدروژن و کربن‌دی‌اکسید را هم ایجاد و هم برای تولید انرژی مورد استفاده قرار دهد.

توانایی بقا براساس مواد آلی و غیرآلی بدون نیاز به اکسیژن موجب می‌شود که این باکتری درمیان میکروارگانیسم‌های دیگر کاملا منحصربه‌فرد باشد و در‌حالی‌که دانشمندان مدت‌ها گمان می‌بردند که چنین چیزی ممکن است وجود داشته باشد، این فرایند هرگز به‌طور آشکار در میان باکتری‌های استات‌ساز که بدون اکسیژن متان تولید می‌کنند، دیده نشده بود. ولکر مولر، میکروبیولوژیست دانشگاه گوته فرانکفورت توضیح می‌دهد:

قبلا حدسیاتی در این مورد وجود داشته است که بسیاری از اشکال حیات باستانی دارای متابولیسمی هستند که ما آن را درمورد استوباکتریوم وودی شرح داده‌ایم. برای مثال، فرض می‌شد باستانیان آسگارد که چندین سال پیش در اقیانوس آرام سواحل کالیفرنیا کشف شد نیز چنین متابولیسمی داشته باشد. پژوهش‌های ما اولین شواهد را فراهم می‌کند که نشان می‌دهد این مسیرهای متابولیسم واقعا وجود دارد.

چاه‌های گرمابی در اواخر دهه‌ی ۷۰ کشف شد و از آن زمان ما به این نتیجه رسیدیم که این زیستگاه‌های عجیب، منزلگاه اشکال پیچیده و پویای زندگی شامل لایه‌هایی به ضخامت چندین سانتی‌متر از باکتری‌ها هستند که از عناصر و ترکیبات غیرآلی نظیر هیدروژن و سولفید که در این محیط‌ها وجود دارند، تغذیه می‌کنند. درحقیقت، این زیستگاه‌ها ممکن است یکی از بزرگ‌ترین مخازن میکروارگانیسم‌های متنوع تبدیل‌کننده‌ی هیدروژن در جهان باشد و براین‌اساس، تصور می‌شود که برخی از این موجودات ممکن است دارای سیستم‌های متابولیکی متفاوت با تمام آن چیزی باشند که تاکنون دیده‌ایم.

نکته‌ی جالب توجه این است که هیدروژن زیاد مانع‌از فرایند تخمیر می‌شود و حتی ضعیف‌ترین چاه‌های گرمابی نیز از این نظر شرایط مناسب برای پناه دادن به باکتری‌های تخمیرکننده را ندارند. بنابراین چگونه چنین میکروب‌هایی در آنجا وجود دارند؟ ظاهرا پاسخ چسبیدن به هم است. اگر یک باکتری که هیدروژن تولید می‌کند، با میکروارگانیسمی که هیدروژن را اکسید می‌کند، درکنار هم قرار گیرند مانند باکتری باستانی تولید‌کننده‌ی متان، باکتری دوم می‌تواند شرایط محیطی خوبی را برای زندگی و تولیدمثل باکتری اول مهیا کند. این یک دوستی کوچک سودمند (یا رابطه‌ی سینتروفی) در عمق دریا است اما درحالی‌که این روش احتمالا نوع غالب تخمیری است که در این محیط‌ها رخ می‌دهد، ممکن است تنها مورد نباشد. دراصل، تجزیه‌و‌تحلیل جدید ادعا می‌کند میکروارگانیسمی پیدا شده است که در یک سلول واحد باکتریایی می‌تواند هر دو نقش را بازی کند. پژوهشگران مطالعه‌ی مذکور نتیجه‌گیری می‌کنند:

درمقابل، استوباکتریوم وودی ویژگی‌های متابولیکی هر دو شریک سینتروفیک را در یک سلول باکتریایی با هم ترکیب می‌کند. بسته به شرایط محیطی، استوباکتریوم وودی می‌تواند نقش شریک تخمیرکننده یا شریک مصرف‌کننده‌ی هیدروژن را بازی کند.

مشخص نیست که این باکتری دقیقا چگونه به این هدف دست پیدا می‌کند؛ اما نویسندگان مقاله چنین فرض می‌کنند که یک مسیر مواد آلی را به استیک اسید، الکل‌ها و هیدروژن مولکولی تخمیر می‌کند، درحالی‌که مسیر دیگر به‌عنوان یک سینک الکترونی برای محیط خارجی عمل کرده و با ایجاد استیک‌اسید از کربن‌دی‌اکسید و هیدروژن فرایند تخمیر را ازنظر انرژی امکان‌پذیر می‌کند.

پژوهشگران با خاموش کردن ژن‌های کنترل‌کننده‌ی آنزیم مسئول تولید هیدروژن، دریافتند که اگر هیدروژن خارجی افزوده شود، باکتری می‌تواند تنها روی یک پیش‌ماده‌ی فروکتوز رشد کند. آزمایش‌های بیشتر نشان داد که هر دو مسیر به هیدروژنی مرتبط هستند که سلول را ترک نمی‌کند.

درحالی‌که این متابولیسم مضاعف ممکن است در باکتری‌های دیگر نیز وجود داشته باشد، این سیستم کمیاب‌ است. استوباکتریوم وودی آستانه‌ی هیدروژن بسیار پایین‌تری دارد و نمی‌تواند مانند باستانیان متانوژنیک از تبدیل کربن‌دی‌اکسید به متان انرژی زیادی تولید کند. این بدان معنا است که احتمالا باکتری‌های استات‌ساز فعال در این چاه‌های گرمابی فراوانی کمی داشته و شاید به همین دلیل است که تاکنون متوجه حضور آن‌ها نشده‌ایم. آنجا ویچمن، متخصص میکروبیولوژی مولکولی و یکی از اعضای این گروه پژوهشی می‌گوید:

اگرچه، طی فرایند بازیافت هیدروژنی که ما کشف کردیم، استوباکتریوم وودی حداکثر انعطاف‌پذیری متابولیکی را دارد. این باکتری طی یک چرخه هم می‌تواند هیدروژن را تولید و هم آن را استفاده کرده یا می‌تواند هیدروژن را از منابع خارجی مورد استفاده قرار دهد.

نتایج این پژوهش در مجله‌ی The ISME Journal منتشر شده است.