Fig. 1:La relazione tra il ciclo TCA e il piruvato, acetil-CoA, ossalacetato, ossoglutarato, e viene mostrato succinil-CoA. Credito:Università di Hokkaido
La ricerca multi-omica su Thermosulfidibacter (isolato da un campo idrotermale nel sud di Okinawa Trough) ha permesso la scoperta della forma forse più primordiale del ciclo dell'acido tricarbossilico (TCA).
Il ciclo TCA è un meccanismo metabolico chiave essenziale per la maggior parte degli organismi. Risale alla comparsa dell'ultimo antenato comune sulla Terra ed è considerato "una delle prime linee di metabolismo" dall'inizio dell'evoluzione chimica (Fig. 1). Mentre il ciclo TCA potrebbe esistere in diverse forme, ci sono vari argomenti riguardo alla sua composizione primordiale all'epoca in cui ebbe inizio la vita sulla terra.
Il gruppo di ricerca ha scoperto che il batterio termofilo Thermosulfidibacter takaii (Fig. 2, di seguito denominato "Thermosulfidibacter") situato in una posizione basale del batterio ha un nuovo ciclo TCA, forse la forma più primitiva finora conosciuta. analisi multi-omiche, compreso un nuovo metodo in metabolomica, hanno rivelato che Thermosulfidibacter ha un ciclo TCA reversibile, che può cambiare in modo flessibile la direzione della reazione a seconda delle fonti di carbonio disponibili, indipendentemente dal fatto che si trovi in condizioni autotrofi o mixotrofiche (Fig. 3). Fino a data, nessun altro organismo è stato trovato per esibire sia la fissazione del carbonio (autotrofia) che le funzioni di decarbossilazione (eterotrofia) nel ciclo TCA, utilizzando lo stesso insieme di enzimi. Tra i cicli TCA, quello osservato in Thermosulfidibacter è "esotico" per la sua capacità di invertire convenientemente la direzione della reazione in risposta a condizioni ambientali dinamicamente fluttuanti, e si pensa che mostri le caratteristiche della forma più basale del ciclo TCA.
Fig. 2:Una cellula di Thermosulfidibacter takaii. Credito:Università di Hokkaido
Sebbene la domanda perpetua, se le forme di vita iniziali fossero autotrofi o eterotrofi, resta da rispondere (Fig. 4), le caratteristiche del ciclo primordiale TCA rivelate in questo studio suggeriscono fortemente la possibilità della nascita di vita mixotropica che potrebbe variare il suo metabolismo in modo flessibile in base all'abbondanza di carbonio organico e inorganico disponibile sulla Terra primordiale.
I risultati sono stati pubblicati in Scienza il 2 febbraio 2018.
Fig. 3. Rappresentazione schematica del funzionamento del ciclo (r)TCA di T. takaii nelle condizioni di crescita chemolitautotrofi e chemolitomixotrofiche basata sull'analisi isotopologa di aminoacidi derivati da proteine utilizzando substrati marcati con 13C. Le cellule sono state coltivate in modo chemolitoautotrofico (A). Cellule cresciute chemolitomixotroficamente con succinato (B), acetato (C), e succinato e acetato (D) in presenza di estratto di lievito. I cerchi indicano gli atomi di carbonio nel composto (il numero della posizione viene letto da sinistra a destra). La scissione del citrato indipendente dall'ATP è stata osservata nelle cellule cresciute chemolitoautotroficamente e chemiolitomixotrofico con succinato. Le linee tratteggiate rosse indicano percorsi confermati dalle analisi del trascrittoma e del proteoma ma non confermati dall'analisi degli isotopomeri. Le linee tratteggiate blu indicano percorsi confermati dalle analisi del trascrittoma e del proteoma ma teoricamente non possono essere identificati dai modelli di isotopomeri. Credito:Università di Hokkaido
Fig. 5:Sono illustrate varie forme del ciclo TCA noto e del ciclo TCA reversibile (rilevato in Thermosulfidibacter). Credito:Università di Hokkaido
