كائنات “تأكل الصخور” تكشف آلية جديدة لتحويل CO₂ إلى حياة بلا ضوء

تعمل الإنزيمات عادة كآلات جزيئية دقيقة، تحفّز تحويل جزيء إلى آخر بمجرد توافر الظروف الكيميائية المناسبة. لكن داخل بكتيريا “تأكل الصخور”، توجد آلية إنزيمية استثنائية لالتقاط الكربون لا تشبه أي نظام معروف سابقًا.

ميكروبات تعيش بلا ضوء

تُعرف هذه الكائنات باسم الميكروبات المُحبّة للصخور أو كيميائيًا الكائنات الكيميائية الذاتية التغذية (chemolithoautotrophs).

تعتمد هذه الكائنات على الطاقة الناتجة من تفاعلات غير عضوية مثل الهيدروجين والكبريت والحديد والأمونيا بدلًا من ضوء الشمس، وتعيش في بيئات قاسية مثل الفوهات الحرارية ورواسب الكبريت وحتى أعماق الأرض.

دراسة لفك شفرة الإنزيم

أجرى باحثون من جامعتي University of Marburg وUniversity of Potsdam دراسة على نوع بكتيري يُسمى Halothiobacillus neapolitanus.

التحدي: إدخال الكربون

لا تستطيع الخلايا استخدام ثاني أكسيد الكربون مباشرة، بل تحتاج إلى تحويله إلى بيكربونات مشحونة كهربائيًا لا تعبر الغشاء بسهولة.

عادةً تستهلك الكائنات الحية جزيء الطاقة ATP لنقلها إلى الداخل، لكن في البيئات الفقيرة بالطاقة لا يمكن تحمل هذا الاستهلاك.

إنزيم غامض داخل الغشاء

اكتشف العلماء عام 2019 بروتينًا مزدوجًا يُعرف باسم DAB2 يساعد في إدخال CO₂ وتحويله دون استهلاك ATP، لكن آليته بقيت غير مفهومة.

باستخدام تقنيات المجهر الإلكتروني بالتبريد (cryo-EM)، تمكن الباحثون من تصوير البنية ثلاثية الأبعاد للبروتين في ثلاث حالات مختلفة: فارغ، مرتبط بثاني أكسيد الكربون، ومحوّل إلى بيكربونات.

جيب نشط مدفون

أظهرت النتائج أن موقع التفاعل داخل الإنزيم مدفون داخل البروتين، ولا يمكن الوصول إليه إلا عبر ممرات ضيقة.

وفي داخله ذرة زنك تعمل كمركز تفاعلي، مع وجود جزيئي CO₂ داخل الموقع في آن واحد، وهو أمر غير معتاد في الإنزيمات المشابهة.

آلية تعتمد على الشحن الكهربائي

أظهرت التجارب أن البروتين لا يُنتج البيكربونات بمفرده، بل يحتاج إلى فرق شحن كهربائي عبر غشاء الخلية.

هذا يعني أن تدفق البروتونات عبر الغشاء هو الذي “يشغّل” العملية بدلًا من الطاقة الكيميائية التقليدية (ATP).

نظام اتجاه واحد

يمتاز هذا الإنزيم بكونه يعمل في اتجاه واحد فقط: إدخال CO₂ وتحويله إلى بيكربونات دون القدرة على العكس، ما يسمح بتراكم الكربون داخل الخلية بكفاءة عالية.

أهمية الاكتشاف

تكشف الدراسة عن طريقة جديدة تمامًا لتثبيت الكربون في البيئات منخفضة الطاقة، ما يفسر قدرة هذه الميكروبات على العيش في أعماق لا تصلها الشمس.

كما أن نسخًا مشابهة من هذا النظام توجد في بعض البكتيريا الممرِضة مثل Bacillus anthracis وVibrio cholerae، ما يفتح الباب أمام تطوير أهداف جديدة للمضادات الحيوية.