I microbi antichi che prosperano in alcuni degli ambienti più estremi del mondo e gli esseri umani moderni hanno più cose in comune di quanto sembri, vale a dire, entrambi respirano e conservano energia usando un meccanismo molecolare simile, uno che si è adattato alle mutevoli condizioni ambientali nel corso di miliardi di anni.

Le scoperte, pubblicato oggi in Cellula dagli scienziati del Van Andel Research Institute (VARI), Università della Georgia (UGA) e Washington State University, dettagliare la struttura di MBH, un complesso molecolare coinvolto nella respirazione microbica. Le immagini a risoluzione quasi atomica sono le prime in assoluto di MBH e mostrano che la sua struttura è notevolmente simile alla sua controparte negli esseri umani, Complesso I.

"La natura è davvero brava a trovare molecole che funzionano e poi a modificarle e ad usarle più e più volte. Questo è un ottimo esempio, " ha detto Michael W. W. Adams, dottorato di ricerca, un Distinguished Research UGA e Georgia Power Professor che studia MBH da 20 anni. "Conoscere la struttura di MBH ci fornisce nuove informazioni su come si è evoluto Complex I e su come potrebbe funzionare."

Quasi tutta la vita sulla Terra si basa sulla respirazione, che converte l'energia elettrica in un utile, forma chimica. MBH e Complex I sono parti importanti di questo processo; però, fino ad ora, la connessione evolutiva tra loro non era chiara. La struttura di MBH illustra anche un meccanismo per trasdurre l'energia elettrica in energia chimica che è più semplice di quello del Complesso I.

"La determinazione della struttura di MBH riempie alcuni importanti pezzi mancanti che rivelano come la vita si sia adattata ai cambiamenti radicali nell'ambiente nel corso dei millenni, " disse Huilin Li, dottorato di ricerca, un professore del Centro per l'Epigenetica del VARI e co-autore senior dello studio. "Questo risolve un problema fondamentale, mistero di lunga data in biologia."

MBH è considerato un antico sistema respiratorio perché è stato isolato da Pyrococcus furiosus , un microbo che cresce meglio nell'acqua bollente e che da miliardi di anni si è stabilito nelle bocche marine vulcaniche. Questo ambiente inospitale, con la sua miscela nociva di gas e temperature estreme, è simile alle condizioni atmosferiche presenti su un molto più giovane, pianeta molto più volatile.

Sebbene molti aspetti dei due complessi siano simili, Complex I vanta diversi loop extra che gli consentono di interagire con più molecole rispetto a MBH, un adattamento che probabilmente è sorto insieme a un cambiamento nella composizione atmosferica della Terra.

"È incredibile vedere questi due sistemi lontanamente imparentati riorganizzare i loro elementi condivisi per adattarsi alle loro diverse condizioni di vita, " disse Hongjun Yu, dottorato di ricerca, il primo autore dello studio e un ricercatore nel laboratorio di Li. "Sembra che la natura stia giocando con i suoi mattoni."

Le differenze si riflettono anche nel loro metabolismo; gli esseri umani inalano ossigeno ed espirano anidride carbonica, una conversione aiutata dal Complesso I, mentre P. furioso utilizza MBH per espellere il gas idrogeno, possibilmente aprendo il potenziale per il suo uso come fonte di energia pulita.

MBH è stato visualizzato utilizzando il microscopio crioelettronico Titan Krios ad alta potenza di VARI (cryo-EM), che è in grado di visualizzare molecole 1/10, 000esimo della larghezza di un capello umano. Il Krios dell'Istituto è uno dei meno di 120 di questi microscopi al mondo.