mmmmmmmmmm
© Gomez i sur., Znanstvena izvješća, 2019.Arheje su jednostanični organizmi koji se često nalaze u ekstremnim okruženjima, poput geotermalnih izvora
Dok svijet prelazi na zeleni vodik i druge obnovljive izvore energije, znanstvenici su otkrili da su arheje - treći oblik života nakon bakterija i eukariota - već milijardama godina koristile vodik za stvaranje energije pomoću 'ultraminimalnih' enzima.

Kako prenosi Sciecne Alert, međunarodni tim istraživača otkrio je da najmanje devet filuma arheja, domena jednostaničnih organizama bez unutarnjih membranskih struktura, proizvodi vodik koristeći enzime za koje se prije mislilo da postoje samo kod druga dva oblika života. Shvatili su da arheje ne samo da imaju najmanje enzime za korištenje vodika u usporedbi s bakterijama i eukariotima, već su njihovi enzimi za konzumaciju i proizvodnju vodika i najkompleksniji dosad karakterizirani.

Ovi mali, ali moćni enzimi omogućili su arhejama da prežive i napreduju u nekim od najneprijateljskijih okruženja na Zemlji, gdje ima vrlo malo ili nimalo kisika.

"Ljudi su tek nedavno počeli razmišljati o korištenju vodika kao izvora energije, ali arheje to rade već milijardu godina", kaže Pok Man Leung, mikrobiolog sa Sveučilišta Monash u Australiji, koji je zajedno vodio ovo istraživanje. "Biotehnolozi sada imaju priliku inspirirati se ovim arhejama za industrijsku proizvodnju vodika."

Vodik je najzastupljeniji element u Svemiru i koristi se globalno za proizvodnju gnojiva i drugih kemikalija, obradu metala, preradu hrane i rafiniranje goriva. Međutim, budućnost vodika leži u skladištenju energije i proizvodnji čelika, što bi se moglo proizvoditi s nultim emisijama ako se obnovljiva energija koristi za pretvorbu materijala poput vode u vodikov plin.

Mikroorganizmi proizvode i oslobađaju vodikov plin (H2) iz potpuno različitih razloga, uglavnom kako bi se riješili viška elektrona proizvedenih tijekom fermentacije, procesa kojim organizmi bez kisika izvlače energiju iz ugljikohidrata poput šećera. Enzimi koji se koriste za konzumaciju ili proizvodnju H2 nazivaju se hidrogenaze, a prvi put su sveobuhvatno istraženi preko stabla života prije samo osam godina. Od tada se broj poznatih mikrobnih vrsta eksplozivno povećao, osobito arheja, koje se skrivaju u ekstremnim okruženjima, poput vrućih izvora, vulkana i dubokomorskih otvora.

Međutim, većina arheja poznata je samo iz dijelova njihovog genetskog koda pronađenih u tim okruženjima, a mnoge nisu uzgojene u laboratoriju jer je to vrlo teško postići. Stoga su mikrobiolog Chris Greening sa Sveučilišta Monash i njegovi kolege tražili gen koji kodira dio jednog tipa hidrogenaze, brze [FeFe] hidrogenaze, u više od 2.300 klastera arhejskih vrsta navedenih u globalnoj bazi podataka.

Zatim su zatražili od Googleovog AlphaFold2 da predvidi strukturu kodiranih enzima i izrazili te enzime u bakterijama E. coli, kako bi provjerili jesu li ti geni zapravo funkcionalni i proizvode li hidrogenaze sposobne katalizirati vodikove reakcije u svojem zamjenskom domaćinu.

Nastanak života

"Naše otkriće nas približava razumijevanju kako je ovaj ključni proces dao nastanak svim eukariotima, uključujući ljude", kaže Leung.

Eukarioti su organizmi čije stanice sadrže jezgru i membranske organele, poput mitohondrija i drugih korisnih staničnih tvornica. Smatra se da su svi eukarioti nastali iz zajednice anaerobne arheje i bakterije koju je ta arheja progutala prije milijardi godina. Druga, mnogo kasnija endosimbioza, dala je nastanak pretku biljaka, s kloroplastima.

Greening, Leung i njihovi kolege pronašli su genetske upute za [FeFe] hidrogenaze u devet arhejskih filuma i potvrdili da su te hidrogenaze aktivne u tim mikroorganizmima - čineći tako tri od tri domene života koje koriste ove vrste enzima za proizvodnju vodika.

No, za razliku od bakterija i eukariota, daljnje analize su pokazale da arheje sastavljaju "izvanredne hibridne komplekse" za svoje potrebe proizvodnje vodika, spajajući dvije vrste hidrogenaza zajedno.

"Ova otkrića otkrivaju nove metaboličke prilagodbe arheja, pojednostavljene H2 katalizatore za biotehnološki razvoj i iznenađujuće isprepletenu evolucijsku povijest između dva glavna H2-metabolizirajuća enzima", piše tim u svom radu.

Međutim, mnogi katalogizirani arhejski genomi analizirani u ovoj studiji su nepotpuni, i tko zna koliko još vrsta tek treba biti otkriveno. Vrlo je vjerojatno da arheje skrivaju druge ingeniozne načine proizvodnje energije koje tek trebamo pronaći. Istraživanje je objavljeno u časopisu Cell.