Chemia biologiczna ujawnia ewolucję i adaptację środowiskową drobnoustrojów
Celem projektu BAGEL (Bacterial formation of glycerol (di)ether lipids: biogeochemical, (paleo)environmental and evolutionary implications) było zbadanie pierwszych izolatów mezofilnych bakterii morskich redukujących siarczany (SRB) zdolnych do wytwarzania DGD. Lipidy te łączą cechy strukturalne bakterii i archeonów i przeważnie występują u bakterii ekstremofilnych, chociaż powszechnie występują w środowiskach nieekstremalnych i dawnych ekosystemach. Mimo że przyczyna rozwinięcia się biosyntezy lipidów eterowych u bakterii nie jest obecnie znana, ich obecność u bakterii mezofilnych może pomóc wyjaśnić ewolucję życia komórkowego i dywergencję archeonów i bakterii. Połączenie technik geochemii organicznej (analiza biomarkerów lipidów) i ekologii drobnoustrojów (ekofizjologia bakterii na bazie ultrastruktury) zastosowano dla dwóch szczepów mezofilnych SRB w odniesieniu do różnych parametrów środowiskowych. Partnerzy projektu zbadali wytwarzanie DGD, w szczególności pod względem zasolenia i ograniczenia fosforowych i azotanowych składników odżywczych. Zbadano również wpływ tlenu na długoterminową stabilność lipidów alkiloglicerolu i ultrastruktury komórkowej bakterii wytwarzających DGD. Wyniki wykazały, że różne warunki składników odżywczych i zasolenia wywoływały inne reakcje w ultrastrukturze komórkowej i zawartości lipidów. Najważniejsze zmiany zaobserwowano w warunkach niskiego zasolenia i stężenia azotu, w których mono- i di-alkiloglicerole (MGM i DGD) wydają się odgrywać podobną rolę w adaptacji błony co klasyczne kwasy tłuszczowe. Badanie wpływu podłoża hodowlanego na skład alkiloglicerolu tych dwóch szczepów ujawniło bezprecedensową akumulację estrów woskowych (WE) w komórkach wyhodowanych na związkach n-alkilowych. Oprócz WE, rozpoznano również estry tiowoskowe (TWE) wśród lipidów komórkowych obu szczepów. Taka biologiczna produkcja organicznych związków siarki (TWE) w naturalnych warunkach beztlenowych jest bezprecedensowa. Wynika z tego, że zdolność wytwarzania WE i TWE jest cechą charakterystyczną określonych mezofilnych SRB. Dzięki projektowi BAGEL powstało nowe podejście do biokatalitycznego potencjału WE i TWE. Dostarcza on również nowych informacji na temat kluczowych aspektów ekologii drobnoustrojów i ewolucji biosyntezy lipidów u prokariotów.
Słowa kluczowe
Bakterie, archeony, nieizoprenoidowe etery glicerolu, BAGEL, bakteria redukująca siarczany, mono-alkiloglocerole, di-alkiloglicerole, estry woskowe, estry tiowoskowe, ultrastruktura komórki, adaptacja środowiskowa
