Наука

Ученые впервые «оживили» фермент возрастом 3,2 миллиарда лет

NatCom: воссозданы ферменты, фиксировавшие азот 3,2 миллиарда лет назад
1200 800 600 400 600 600 200 200 895 505

Биохимики «оживили» ферменты, не работавшие на Земле более трех миллиардов лет. Команда профессора Лэнса Сифелдта из Университета штата Юта и профессора Бетюль Кашар из Университета Висконсин–Мадисон восстановила нитрогеназы — белки, некогда кормившие жизнь на ранней Земле. Работа опубликована в журнале Nature Communications (NatCom).

Нитрогеназа — единственный природный «инструмент» для биологической фиксации азота. Атмосферный азот (N₂) составляет 78% воздуха, но в этой форме живые организмы его использовать не могут. Только бактерии с нитрогеназой способны превращать инертный N₂ в аммиак — вещество, из которого строятся аминокислоты, белки и ДНК. Именно благодаря этой реакции жизнь смогла распространиться по всей планете.

Для реконструкции генов авторы применили анализ изотопного фракционирования: разные изотопы азота по-разному включаются в биомолекулы, и по «изотопной подписи» в ископаемых породах можно судить о свойствах ферментов, работавших миллиарды лет назад. Восстановленные гены встроили в современные бактерии — те синтезировали древние белки.

Воссозданные ферменты оказались функционально активны, хотя и уступают по эффективности современным аналогам. По мнению Сифелдта, за три миллиарда лет эволюция существенно «доработала» их.

Исследование имеет два прикладных направления. Первое — создание более эффективных биологических удобрений, сокращающих зависимость сельского хозяйства от химического синтеза. Второе — разработка систем производства питательных веществ в условиях будущих колоний на Марсе, где атмосферный азот присутствует в следовых количествах.

Ранее были обнаружены сложные органические соединения на поверхности Марса.