Opis projektu
Fizjologiczne i chemiczne podejście do poszukiwania pierwszych form życia na Ziemi
Powstanie życia na Ziemi pozostaje wielką tajemnicą. Życie to w rzeczywistości reakcja chemiczna, ale jak, gdzie i z czego powstała ta reakcja? Jak przebiegała pierwotna dywersyfikacja metabolizmu? Zespół finansowanego przez ERC projektu EcolMetabOrigin stara się odpowiedzieć na te pytania, wykorzystując chemię metaboliczną i prawdopodobne reakcje biochemiczne. Partnerzy projektu wykorzystają narzędzia z zakresu fizjologii porównawczej, termodynamiki i genomiki porównawczej w pionierskim badaniu procesu wczesnej ewolucji metabolicznej. W szczególności zespół EcolMetabOrigin chce zbadać termodynamiczne właściwości współczesnych sieci metabolicznych w poszukiwaniu informacji dotyczących geochemicznego pochodzenia metabolizmu mikrobiologicznego, jego trajektorii ewolucyjnej aż do powstania i rozprzestrzeniania się hemu i cytochromów podczas wczesnej dywersyfikacji mikrobiologicznej.
Cel
Life is a chemical reaction. Over 1000 individual reactions are driven in the direction of cell growth by the coupling of biosyntheses to environmentally available exergonic reactions that are harnessed by a handful of enzymes in energy metabolism. How, where, and from what the chemical reaction of life arose, and how the primordial diversification of metabolism proceeded are the topics of this proposal. Evidence for the process of metabolic origin and traces from the very early course of microbial evolution should be preserved in the chemical reactions of metabolism itself. This concept, traditionally germane to thoughts on biochemical evolution, is (almost) self evident: Enzymes do not perform feats of magic, they just accelerate reactions that tend to occur anyway. Biochemical reactions can therefore themselves harbor relics of, or be holdovers from, metabolic origin. Yet not all reactions are equally old, metabolism has evolved — but how? In this proposal, the tools of comparative physiology, thermodynamics, and comparative genomics, will be applied to investigate the process of early metabolic evolution. Three kinds of data stand central to the work: i) thermodynamic properties of reactions that comprise modern metabolic networks, ii) information contained in the ability of H2 in the presence of Ni3Fe and magnetite catalysts to substitute for ferredoxin and enzymes in biochemical reactions, and iii) information about the evolutionary origin and phylogenetic spread of heme and cytochromes as well as the ecophysiological context of cytochrome origin. The proposed work will deliver groundbreaking insights into the chemical environment at the site of biochemical origins, inform about the pre-enzymatic nature of catalysts and reductants at the origin of metabolism, and offer insights into the course of bioenergetic evolution before and after heme as well as the ancestral function of cytochromes in accessing extracellular electron acceptors.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-ADG - Advanced GrantInstytucja przyjmująca
40225 Dusseldorf
Niemcy