La nostra storia inizia alla fine degli anni 80, con un foglio di carta. Su questo foglio, uno scienziato ha calcolato che la conversione del composto chimico fosfito in fosfato rilascerebbe energia sufficiente per produrre il vettore energetico della cellula: la molecola ATP. In questo modo dovrebbe quindi essere possibile per un microrganismo approvvigionarsi di energia. A differenza della maggior parte degli organismi viventi sul nostro pianeta, questo organismo non dipenderebbe dall’approvvigionamento energetico proveniente dalla luce o dalla decomposizione della materia organica.
Lo scienziato è effettivamente riuscito a isolare un tale microrganismo dall’ambiente. Il suo metabolismo energetico si basa sull’ossidazione del fosfito in fosfato, proprio come previsto dal calcolo. Ma come funziona esattamente il meccanismo biochimico? Purtroppo, l’enzima chiave necessario per comprendere la biochimica dietro il processo è rimasto nascosto – e quindi il mistero è rimasto irrisolto per molti anni. Nei tre decenni successivi il foglio rimase nel cassetto, l’approccio di ricerca fu messo nel dimenticatoio. Eppure lo scienziato non riusciva a togliersi quel pensiero dalla testa.
Lo scienziato è Bernhard Schink, professore presso l’Istituto Limnologico dell’Università di Costanza. Tre decenni dopo aver effettuato il calcolo su carta, una scoperta inaspettata ha rimesso in moto le cose…
Un impianto di depurazione, una scoperta inaspettata e una nuova specie
Ciò che aveva in mente da molti anni fu finalmente ritrovato: tra tutti i posti, in un impianto di depurazione a Costanza, a soli pochi chilometri dal laboratorio di Bernhard Schink. Zhuqing Mao, un ricercatore di biologia di Costanza, ha esaminato un campione di fanghi di depurazione e ha scoperto un secondo microrganismo che ottiene la sua energia anche dal fosfito. I biologi di Costanza guidati da Bernhard Schink collocarono questo batterio in un ambiente in cui aveva solo fosfito come fonte di cibo. E infatti: la popolazione batterica è cresciuta.
“Questo batterio sopravvive grazie all’ossidazione dei fosfiti e, per quanto ne sappiamo, esclusivamente grazie a questa reazione. In questo modo copre il suo metabolismo energetico e può costruire la sua sostanza cellulare a partire dalla CO2 allo stesso tempo”, spiega Schink. “Questo batterio è un organismo autotrofo, come una pianta. Tuttavia, non ha bisogno di luce come una pianta, poiché trae la sua energia dall’ossidazione dei fosfiti.” Sorprendentemente, si è scoperto che il batterio non solo è una nuova specie, ma in realtà forma un genere di batteri completamente nuovo.
Rintracciare il meccanismo molecolare
Da quel momento in poi le cose sono accadute molto rapidamente. Un’intera rete di ricercatori di Costanza si è impegnata a svelare il mistero, tra cui Bernhard Schink, Nicolai Müller, David Schleheck, Jennifer Fleming e Olga Mayans. Hanno prodotto una coltura pura di questo nuovo ceppo batterico, in cui sono stati finalmente in grado di identificare l’enzima chiave che innesca l’ossidazione del fosfito in fosfato.
“La svolta è arrivata con Nicolai Müller e i suoi esperimenti sugli enzimi”, afferma David Schleheck. Nicolai Müller è riuscito a dimostrare chiaramente l’attività dell’enzima, scoprendo così il meccanismo biochimico dietro l’enzima chiave. Olga Mayans e Jennifer Fleming hanno creato un modello tridimensionale della sua struttura enzimatica e del centro attivo per comprendere il percorso della reazione.
“Ciò che è stato molto sorprendente è che durante la sua ossidazione, il fosfito è apparentemente accoppiato direttamente al precursore del vettore energetico AMP, per cui viene creato il vettore energetico ADP. In una reazione successiva, due degli ADP generati vengono convertiti in un ATP, sul quale l’organismo alla fine vive”, Nicolai Müller delinea il percorso della reazione.
Alla fine tutto si è riunito: il foglio originale è diventato un’intera pila di carte, con il risultato di una pubblicazione sulla rivista scientifica PNAS.
Un residuo di 2,5 miliardi di anni fa
La scoperta di un nuovo tipo di metabolismo energetico è di per sé un grande successo scientifico. Tuttavia, il gruppo di ricerca ritiene che questo tipo di metabolismo non sia affatto nuovo, ma molto antico, addirittura antico: circa 2,5 miliardi di anni.
“Si presuppone che agli albori dell’evoluzione, quando la Terra si stava raffreddando, il fosforo fosse ancora presente in larga misura in forma parzialmente ridotta e solo in seguito venne gradualmente ossidato. Il metabolismo da noi scoperto ora si adatta molto bene al fase iniziale dell’evoluzione dei microrganismi”, spiega Bernhard Schink.
Il meccanismo biochimico che il batterio utilizza per il suo metabolismo non è quindi nuovo, ma molto probabilmente si è conservato fin dai tempi primordiali del nostro pianeta: quando iniziò la vita sul nostro pianeta e i primi microrganismi dovevano nutrirsi di composti inorganici come il fosfito. Pertanto le nuove scoperte scientifiche forniscono indizi sulla prima evoluzione biochimica del nostro pianeta. Inoltre, forniscono la chiave per un meccanismo biochimico che rende possibile la vita in luoghi molto ostili, forse anche su pianeti alieni.
Chi avrebbe mai pensato, alla fine degli anni 80, che un pezzo di carta avrebbe messo in moto tutto questo…
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
