Νέα οδός αφομοίωσης άνθρακα με τη μεσολάβηση ακετόνης σε βακτήρια του Αρκτικού Ωκεανού (Οpen Αccess Government)

Μια άγνωστη μέχρι σήμερα μεταβολική στρατηγική επιβίωσης μικροοργανισμών στα παγωμένα νερά του Αρκτικού Ωκεανού έφεραν στο φως ερευνητές του Πανεπιστημίου Concordia. Η ανακάλυψη αφορά το βακτήριο Porticoccus arcticus, το οποίο αξιοποιεί την ακετόνη και την ηλιακή ενέργεια για να δεσμεύει διοξείδιο του άνθρακα και να παράγει τα απαραίτητα οργανικά συστατικά για την ανάπτυξή του. Τα αποτελέσματα της γονιδιωματικής μελέτης δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications, αποκαλύπτοντας έναν ιδιαίτερο συνδυασμό μεταβολικών μηχανισμών που ενδέχεται να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στον κύκλο του άνθρακα στα πολικά θαλάσσια οικοσυστήματα.

Ένας πρωτόγνωρος συνδυασμός φυτικού και ζωικού μεταβολισμού

Σύμφωνα με το Οpen Αccess Government, το Porticoccus arcticus εντοπίστηκε στα παγωμένα νερά της Θάλασσας Μποφόρ, στη Λεκάνη του Καναδά, στον Αρκτικό Ωκεανό. Σύμφωνα με τα ερευνητικά δεδομένα, σε συγκεκριμένες περιοχές δειγματοληψίας αντιπροσωπεύει έως και το 9% των βακτηρίων που ανιχνεύθηκαν στα επιφανειακά ύδατα, γεγονός που υπογραμμίζει τη σημαντική παρουσία του στο πολικό θαλάσσιο μικροβίωμα.

Η γονιδιωματική ανάλυση αποκάλυψε ότι το βακτήριο διαθέτει ένα ολοκληρωμένο σύνολο ενζύμων που του επιτρέπει να αξιοποιεί την ακετόνη, μια οργανική ένωση η οποία παράγεται από θαλάσσια φύκη αλλά και μέσω φωτοχημικών αντιδράσεων στο θαλασσινό νερό.

Μέσω της διαδικασίας που ονομάζεται καρβοξυλίωση της ακετόνης (acetone carboxylation), το βακτήριο συνδυάζει την ακετόνη με ανόργανο διοξείδιο του άνθρακα, ενσωματώνοντας τον άνθρακα σε κεντρικές μεταβολικές οδούς από τις οποίες προκύπτουν τα απαραίτητα δομικά συστατικά των κυττάρων του.

Ο συγκεκριμένος μηχανισμός παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς συνδυάζει χαρακτηριστικά ετερότροφου και αυτότροφου μεταβολισμού. Από τη μία πλευρά, καταναλώνει μια οργανική ένωση, όπως συμβαίνει στους ετερότροφους οργανισμούς, ενώ από την άλλη δεσμεύει ανόργανο άνθρακα, ακολουθώντας μια λειτουργία που θυμίζει τη φωτοσυνθετική στρατηγική των φυτών.

Παράλληλα, το βακτήριο διαθέτει πρωτεΐνες πρωτεοροδοψίνης (proteorhodopsin), οι οποίες του επιτρέπουν να αξιοποιεί την ηλιακή ακτινοβολία για την παραγωγή ενέργειας. Η συγκεκριμένη λειτουργία, γνωστή ως φωτοετεροτροφία, ενισχύει την ενεργειακή του αυτονομία, ιδιαίτερα σε περιβάλλοντα όπου τα διαθέσιμα οργανικά θρεπτικά συστατικά είναι περιορισμένα.

Η σημασία της ανακάλυψης για το οικοσύστημα της Αρκτικής

Η ανακάλυψη αναδεικνύει έναν μέχρι σήμερα ανεπαρκώς κατανοητό μηχανισμό συμμετοχής των θαλάσσιων μικροοργανισμών στον κύκλο του άνθρακα. Η δυνατότητα του Porticoccus arcticus να συνδυάζει την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας με τη δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα μέσω της ακετόνης φαίνεται να αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα για την επιβίωσή του στα φτωχά σε θρεπτικά συστατικά επιφανειακά νερά της Αρκτικής.

Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι η μεταβολική αυτή ευελιξία μπορεί να εξηγεί την υψηλή αφθονία του βακτηρίου σε ορισμένες περιοχές, παρά τις ιδιαίτερα απαιτητικές περιβαλλοντικές συνθήκες.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει και η πιθανή επίδραση της κλιματικής αλλαγής στη μελλοντική κατανομή και δραστηριότητα τέτοιων μικροοργανισμών. Η άνοδος της θερμοκρασίας και οι μεταβολές στην έκταση και τη διάρκεια της θαλάσσιας παγοκάλυψης επηρεάζουν την ποσότητα του φωτός που φτάνει στα επιφανειακά ύδατα, καθώς και τη διαθεσιμότητα διαλυμένης οργανικής ύλης.

Οι αλλαγές αυτές ενδέχεται να μεταβάλουν τις συνθήκες υπό τις οποίες αναπτύσσεται το Porticoccus arcticus, επηρεάζοντας ενδεχομένως και τη συμβολή του στις διεργασίες μετατροπής και ανακύκλωσης του άνθρακα.

Η μελέτη προσθέτει ένα σημαντικό κομμάτι στη γνώση για την ποικιλομορφία των μικροβιακών μεταβολικών μηχανισμών και υπογραμμίζει ότι ακόμη και στα πιο ακραία θαλάσσια περιβάλλοντα του πλανήτη υπάρχουν οργανισμοί με εξαιρετικά εξειδικευμένες στρατηγικές επιβίωσης.

www.worldenergynews.gr