Een door Rutgers geleide studie werpt licht op een van de meest blijvende mysteries van de wetenschap:hoe begon het metabolisme - het proces waarbij het leven zichzelf aandrijft door energie uit voedsel om te zetten in beweging en groei?

Om die vraag te beantwoorden, de onderzoekers hebben een oer-eiwit reverse-engineered en in een levende bacterie ingebracht, waar het met succes het metabolisme van de cel aandreef, groei en voortplanting, volgens de studie in Proceedings van de National Academy of Sciences .

"We zijn dichter bij het begrijpen van de innerlijke werking van de oude cel die de voorouder was van al het leven op aarde - en, daarom, om te begrijpen hoe het leven in de eerste plaats is ontstaan, en de wegen die het leven op andere werelden had kunnen volgen, " zei hoofdauteur Andrew Mutter, een postdoctoraal medewerker aan de afdeling Mariene en Kustwetenschappen van de Rutgers University.

De ontdekking heeft ook gevolgen voor de synthetische biologie, die het metabolisme van microben gebruikt om industriële chemicaliën te produceren; en bio-elektronica, die probeert de natuurlijke circuits van cellen toe te passen voor energieopslag en andere functies.

De onderzoekers keken naar een klasse van eiwitten genaamd ferredoxins, die het metabolisme in bacteriën ondersteunen, planten en dieren door elektriciteit door cellen te verplaatsen. Deze eiwitten hebben verschillende, complexe vormen in de levende wezens van vandaag, maar onderzoekers speculeren dat ze allemaal zijn voortgekomen uit een veel eenvoudiger eiwit dat aanwezig was in de voorouder van al het leven.

Net zoals biologen moderne vogels en reptielen vergelijken om conclusies te trekken over hun gedeelde voorouder, de onderzoekers vergeleken ferredoxine-moleculen die aanwezig zijn in levende wezens en, met behulp van computermodellen, voorouderlijke vormen ontworpen die mogelijk in een vroeger stadium van de evolutie van het leven hebben bestaan.

Dat onderzoek leidde tot hun creatie van een basisversie van het eiwit - een eenvoudig ferredoxine dat elektriciteit in een cel kan geleiden en dat, gedurende eeuwen van evolutie, zou hebben geleid tot de vele soorten die tegenwoordig bestaan.

Vervolgens, om te bewijzen dat hun model van het oude eiwit het leven daadwerkelijk zou kunnen ondersteunen, ze plaatsten het in een levende cel. Ze namen het genoom van E. coli-bacteriën, het gen verwijderd dat het gebruikt om ferredoxine in de natuur aan te maken, en gesplitst in een gen voor hun reverse-engineered eiwit. De gemodificeerde E. coli-kolonie overleefde en groeide, hoewel langzamer dan normaal.

Studie co-auteur Vikas Nanda, een professor aan de Rutgers Robert Wood Johnson Medical School en Center for Advanced Biotechnology and Medicine, zei dat de implicaties van de ontdekking voor synthetische biologie en bio-elektronica voortkomen uit de rol van ferredoxins in de circuits van het leven.

"Deze eiwitten geleiden elektriciteit als onderdeel van het interne circuit van een cel. De ferredoxines die in het moderne leven voorkomen, zijn complex, maar we hebben een uitgeklede versie gemaakt die nog steeds het leven ondersteunt. Toekomstige experimenten kunnen voortbouwen op deze eenvoudige versie voor mogelijke industriële toepassingen , ' zei Nanda.