Bacteriile din Oceanul Arctic care transformă acetona în hrană
O bacterie recent identificată în apele reci ale Oceanului Arctic pare să aibă o modalitate neobișnuită de a-și produce compușii necesari creșterii. Folosind acetona, o substanță chimică frecvent întâlnită în apa de mare, microorganismul încorporează dioxid de carbon (CO₂) în metabolismul său, ceea ce îi permite să supraviețuiască în ape sărace în nutrienți și în materie organică utilizabilă.
Într-un studiu publicat în revista Nature Communications, cercetătorii de la Universitatea Concordia descriu modul în care specia Porticoccus arcticus reușește să trăiască în apele înghețate ale Mării Beaufort, la nord de Yukon, în bazinul canadian al Oceanului Arctic. Echipa a găsit dovezi genomice că populația bacteriană folosește carboxilarea acetonei, un proces care transformă acetona și dioxidul de carbon în compuși ce pot intra în căile metabolice centrale ale celulei.
Două descoperiri într-un singur organism
David Walsh, profesor în cadrul Departamentului de Biologie și autor corespondent al lucrării, explică faptul că studiul aduce două noutăți. Prima este legată de un grup de organisme, P. arcticus, care are un metabolism unic: utilizează carbon organic și, în același timp, are capacitatea de a folosi lumina ca sursă de energie. Acest proces este numit fotoheterotrofie.
A doua descoperire privește modul în care organismul consumă acetonă pentru a absorbi totodată dioxid de carbon din atmosferă. Această asimilare a carbonului anorganic mediată de acetonă combină ceea ce fac animalele – consumul de hrană, în acest caz acetona – cu ceea ce fac plantele: fixarea CO₂.
Un metabolism reconstruit din genom
Acetona este produsă de organisme marine, inclusiv de alge microscopice, dar și prin reacții chimice care implică lumina solară și materia organică dizolvată. Deși oamenii de știință au identificat și alte moduri prin care bacteriile marine consumă acetonă, studiul oferă dovezi pentru o cale diferită în apele arctice.
Analizele genetice sugerează că P. arcticus s-a adaptat vieții din apropierea suprafeței oceanului. În unele locuri, bacteria a reprezentat până la 9% din microorganismele detectate, ceea ce o face un membru important al comunității microbiene arctice.
Cercetătorii notează că genomul relativ mic al bacteriei conține setul complet de gene necesare pentru carboxilarea acetonei, precum și mai multe gene pentru proteine sensibile la lumină, numite proteorodopsine, care ajută celulele să capteze energie din lumina solară. Analizele au arătat că genele implicate atât în procesarea acetonei, cât și în captarea luminii se numără printre cele mai active ale organismului.
Potrivit cercetătorilor, aceste trăsături ar putea permite bacteriei să folosească lumina solară pentru energie, completându-și totodată rezerva de carbon prin metabolismul acetonei și asimilarea dioxidului de carbon.
„Compoziția genomică a acestor organisme ne-a determinat să reconstruim diferitele tipuri de metabolism energetic și de carbon care există”, spune Walsh. „Așa am găsit acest set foarte specific de gene asociate cu utilizarea acetonei, ceea ce a fost neașteptat. Am descoperit că genele organismului ne spuneau despre ceva ce nu bănuiam că se întâmplă într-un ecosistem. A fost o surpriză, pentru că nu căutam în mod activ bacterii care degradează acetona și pot folosi lumina.”
Răspândire locală sau largă?
Walsh nu știe ce implicații ar putea avea încălzirea Oceanului Arctic pentru P. arcticus, deși schimbările condițiilor de gheață marină ar putea afecta distribuția viitoare a bacteriei, influențând disponibilitatea luminii solare și a acetonei. Echipa de cercetare va căuta dovezi ale acestui tip de comportament și în alte oceane, precum și în populațiile bacteriene de apă dulce.
