Επιστήμονες «ανέστησαν» ένζυμο 3,2 δισεκατομμυρίων ετών για να εξηγήσουν πώς ξεκίνησε η ζωή στη Γη

«Ολοι οι ζωντανοί οργανισμοί χρειάζονται άζωτο για να επιβιώσουν και, παρότι βρίσκεται παντού γύρω μας, δεν μπορούμε να το αξιοποιήσουμε άμεσα», εξηγεί ο βιοχημικός Λανς Σίφελντ του Πανεπιστημίου της Γιούτα στις ΗΠΑ. Τα ένζυμα που ονομάζονται νιτρογενάσες επιτρέπουν τη δέσμευση του αζώτου, μετατρέποντάς το σε μορφή προσβάσιμη από φυτά, ζώα, ανθρώπους και άλλους οργανισμούς, αναφέρει το Science Daily.

Ανακατασκευή αρχαίων ενζύμων

Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, ο Σίφελντ, ο ερευνητής Ντέρεκ Χάρις και συνεργάτες τους από το πρόγραμμα MUSE του Πανεπιστημίου του Ουισκόνσιν-Μάντισον στις ΗΠΑ, το οποίο χρηματοδοτείται από τη NASA, χρησιμοποίησαν τεχνικές συνθετικής βιολογίας για να «επιστρέψουν» εξελικτικά στο παρελθόν. Ξεκινώντας από σύγχρονες νιτρογενάσες, ανακατασκεύασαν πιθανές αρχαίες μορφές των ενζύμων.

Οι ερευνητές δημιούργησαν συνθετικά εκδοχές αρχέγονων γονιδίων νιτρογενάσης και, υπό ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες, μελέτησαν τον τρόπο με τον οποίο αυτά επηρέαζαν τα ισότοπα του αζώτου στη βιομάζα τροποποιημένων μικροοργανισμών. Με αυτόν τον τρόπο επιχείρησαν να κατανοήσουν πώς μπορεί να λειτουργούσαν αντίστοιχα ένζυμα πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.

Μέχρι σήμερα, η μελέτη της πρώιμης ζωής βασιζόταν κυρίως σε αρχαία πετρώματα και απολιθώματα. Ωστόσο, σύμφωνα με τον Σίφελντ, η ερμηνεία των χημικών υπογραφών τους στηριζόταν στην υπόθεση ότι τα αρχαία ένζυμα άφηναν τα ίδια ισοτοπικά ίχνη με τα σύγχρονα. Η ανακατασκευή αρχαίων νιτρογενασών προσφέρει πλέον έναν νέο τρόπο ελέγχου αυτής της υπόθεσης και διερεύνησης των συνθηκών που επικρατούσαν στην ατμόσφαιρα και στο περιβάλλον της πρώιμης Γης.

Χρησιμότητα στη γεωργία

Η έρευνα μπορεί να έχει και πρακτικές εφαρμογές. Η καλύτερη κατανόηση της δέσμευσης του αζώτου θεωρείται σημαντική για την αντιμετώπιση γεωργικών προκλήσεων σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα, ιδιαίτερα σε περιοχές που πλήττονται από ξηρασία ή έχουν περιορισμένη πρόσβαση σε εμπορικά λιπάσματα.

Παράλληλα, τα ευρήματα συνδέονται με τις προσπάθειες της NASA να διερευνήσει πώς θα μπορούσαν να καλλιεργηθούν τρόφιμα στο Διάστημα ή στον Άρη.

«Η αναζήτηση ζωής αρχίζει εδώ, στο σπίτι μας, και το σπίτι μας έχει ηλικία τεσσάρων δισεκατομμυρίων ετών», σημειώνει η Μπετούλ Κατσάρ, επικεφαλής του προγράμματος MUSE. «Πρέπει να κατανοήσουμε το δικό μας παρελθόν, αν θέλουμε να κατανοήσουμε τη ζωή που μπορεί να βρίσκεται μπροστά μας ή αλλού».