Кого не может убить мышьяк?

Детектив и мышьяк

Из классических детективов мы знаем, что мышьяк - это смертельный яд. А из школьного курса химии - что он по своим химическим свойствам очень близок к фосфору. Связь между этими двумя обстоятельствами самая прямая: у большинства организмов ферменты не различают эти два элемента и встраивают мышьяк вместо фосфора во многие важнейшие для жизнедеятельности вещества - в частности, в нуклеиновые кислоты и универсальный энергоноситель АТФ. Но образуемые мышьяком связи непрочны и самопроизвольно рвутся, разрушая жизненно важные молекулы. Это и делает мышьяк опасным ядом (хотя у него есть и другие возможности отравить нас).

Тем не менее, известно немало бактерий, способных использовать мышьяк в своем метаболизме. И еще больше - тех, что могут жить в среде с высокой концентрацией мышьяка, не используя его, но и не позволяя ему отравить себя. У тех и у других с ядовитым элементом работают специальные ферменты. Впрочем, и все остальные ферменты у подобных бактерий изменены таким образом, чтобы не путать мышьяк с фосфором.

Группа американских ученых во главе с Ричардом Ормлендом из Геологической службы США изучала бактериальное население калифорнийских пересоленных озер. Вода здесь резко щелочная (рН 8,5 - 9,8), очень соленая и вдобавок содержит от 0,8 до 3000 микромолей мышьяка на литр (границей безопасной концентрации считается 0,13 микромолей). Взяв пробы донных отложений, ученые выделили из них множество видов бактерий, использующих мышьяк в качестве донора или акцептора электронов (то есть в процессах, аналогичных нашему дыханию), разобрались в их экзотической биохимии, установили вероятные родственные связи. Но что-то в использовании этими бактериями мышьяка было не так...

Группа Ормленда высеяла донный осадок из озера Моно на питательную среду, вообще не содержащую соединений фосфора. Зато в этой среде был мышьяк, количество которого постепенно увеличивалось, пока не стало в 25 раз выше, чем в воде Моно. Два вида бактерий рода Halomonas благополучно продолжали расти на ядовитой среде. На стандартной «фосфорной» они, правда, росли раза в полтора лучше. А вот на среде, не содержащей ни мышьяка, ни фосфора, не росли совсем. Это усилило подозрения ученых: бактерии научились заменять недостающий фосфор мышьяком. Дополнительные исследования - распределение «меченого» мышьяка в клетке, анализ элементного состава ДНК, рентгеноспектрометрия - показали, что мышьяк вроде бы и в самом деле встраивается в бактериальную ДНК.

Работа наделала много шуму - отчасти потому, что пресс конференцию, где излагались ее результаты, организовал Астробиологический институт НАСА, сотрудница которого Фелиса Вулф Саймон была одним из главных соавторов. Интерес астробиологов к этому сюжету понятен: калифорнийские бактерии наглядно продемонстрировали, что жизнь во Вселенной вовсе не обязана ограничиваться привычным нам элементным составом. Даже во вполне земных, но несколько экзотических условиях живые существа могут заменять один из жизненно важных элементов другим, считавшимся абсолютно непригодным.

Но наиболее интересна эта работа не астробиологическими выводами и тем более не мифической «новой жизнью, опровергающей все законы биохимии» (как поспешили сообщить некоторые СМИ), а вопросами, которые она ставит. Почему бактериальная ДНК не разваливается по «мышьячным» связям? Используют ли бактерии мышьяк вместо фосфора постоянно или это только «аварийный вариант», активированный в условиях эксперимента? Работают ли при этом с «мышьячными» нуклеотидами обычные ферменты или у клетки есть полный запасной набор ферментов?

На эти вопросы ответят только будущие исследования.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *