Zelfs in de meest onherbergzame omgevingen van de aarde, het leven heeft vat gekregen.

Extremofielen zijn de organismen die het meest bekend staan ​​om hun weerstand tegen extreme temperaturen, pH's, zoutgehalte, en zelfs hongersnood. Ze hebben speciale mechanismen ontwikkeld die hen in staat stellen te overleven in hun omgeving, maar om die veerkracht te doorgronden, is gerichte en methodische ondervraging nodig.

In Yellowstone National Park en soortgelijke locaties, extremofielen wonen in omgevingen zoals zure warmwaterbronnen of thermische zure bodems. Hier worden ze blootgesteld, vaak met tussenpozen, tot enkele van de laagste natuurlijk voorkomende pH's op aarde, en temperaturen die het kookpunt van water naderen. Om te overleven in deze snel wisselende omstandigheden, organismen beschermen zichzelf met complexe membranen, samengesteld uit in elkaar grijpende lipiden gekoppeld aan hun ruggengraat met sterke etherbindingen, in plaats van de esterbindingen die het meest worden aangetroffen in eukaryoten en bacteriën.

In Sulfolobus acidocaldarius, een archeon die leeft in zuurrijke, omgevingen met hoge temperaturen die veel voorkomen in Yellowstone, celmembraanlipiden die glyceroldialkylglyceroltetraether (GDGT's) worden genoemd, zijn gekoppeld aan een ongewoon suikerachtig molecuul dat calditol wordt genoemd. Een groep wetenschappers publiceerde onlangs bevindingen in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ), identificeren hoe calditol in de cel wordt gemaakt en hoe, specifiek, het is verantwoordelijk voor zuurtolerantie in deze organismen. Het werk helpt wetenschappers om beter te begrijpen hoe het leven is geëvolueerd om te overleven in extreme omgevingen.

Roger Oproep, de Schlumberger hoogleraar Geobiologie aan het MIT's Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) en een van de auteurs van de studie, credits vooruitgang in de moleculaire biologie, bio-informatica, en gerichte strategieën voor het verwijderen van genen om deze ontdekking mogelijk te maken.

"Het tijdperk van genomica heeft een reeks nieuwe hulpmiddelen gebracht om onderzoek naar lipide-biomarkers te bevorderen, "Oproeping zegt. Paula Welander, een voormalig EAPS-postdoc in het Summons Lab en nu assistent-professor bij de afdeling Earth System Science aan de Stanford University, leidde de studie die ook werd uitgevoerd door Zhirui Zeng en Jeremy H. Wei in Stanford, en Xiao-lei Liu, een assistent-professor organische geochemie aan de Universiteit van Oklahoma.

"Deze studie is een uitstekend voorbeeld van hoe een interdisciplinaire benadering, waaronder microbiële fysiologen en organische geochemici, kan openstaande vragen over lipide-biomarkers beantwoorden, ' zegt Welander.

Om de rol van calditol in de membranen van Sulfolobus acidocaldarius te identificeren, de onderzoekers gebruikten tools in vergelijkende genomics, gen verwijdering, en lipide-analyse om een ​​bepaald eiwit binnen de klasse van radicale S-andenosylmethionine (SAM) enzymen te vinden die nodig zijn om calditol te synthetiseren. Toen ze zochten naar wat dat eiwit codeerde in calditol-producerende archaeale genomen, ze vonden slechts een paar kandidaat-genen.

Om het belang van het eiwit voor zuurtolerantie te testen, de onderzoekers creëerden mutanten - waarbij de membraangerelateerde genen waren verwijderd - en analyseerden hun lipiden. Door de calditol-vrije mutant te onderwerpen aan zeer zure omstandigheden, de onderzoekers konden de ware functie van de calditolcomponent van het membraan bevestigen. Alleen de natuurlijk voorkomende, calditol-producerende Sulfolobus en de mutante stam met het radicaal-SAM-gen hersteld, konden groeien na een significante daling van de pH.

"Terwijl Welander en collega's de aanwezigheid van radicale SAM-lipidebiosynthese-genen in bacteriën hebben aangetoond, dit is de eerste keer dat een ondubbelzinnig is geïdentificeerd in archaea, " zegt de dagvaarding. "Calditol-gekoppeld aan membraanlipiden in deze organismen verlenen significante beschermende effecten."

Welander voegt eraan toe:"Onderzoekers hebben jarenlang de hypothese geopperd dat de productie van calditol dit soort beschermend effect zou hebben, maar dit is niet direct aangetoond. Hier tonen we eindelijk deze link rechtstreeks."

Zelfs verder, het feit dat een radicaal SAM-eiwit betrokken is bij het koppelen van calditol aan de membranen, zou wetenschappers kunnen helpen de chemie en evolutie van membraanlipiden uit een grote verscheidenheid aan omgevingen over de hele planeet beter te begrijpen.

Dagvaarding zegt dat het resultaat spreekt over "de mogelijke aanwezigheid van een verscheidenheid aan andere radicale chemicaliën om membraanlipiden te wijzigen zodra ze zijn gesynthetiseerd."

"Beurtelings, dit zou ons kunnen helpen de biosynthese van andere archaea-specifieke lipiden beter te begrijpen en ons helpen de evolutionaire geschiedenis van deze opvallend onderscheidende membranen te schrijven, " hij zegt.