Les microbes anciens qui prospèrent dans certains des environnements les plus extrêmes du monde et les humains d'aujourd'hui ont plus en commun qu'il n'y paraît, à savoir, ils respirent et conservent l'énergie en utilisant un mécanisme moléculaire similaire, celui qui s'est adapté aux conditions environnementales changeantes sur des milliards d'années.

Les résultats, publié aujourd'hui dans Cellule par des scientifiques du Van Andel Research Institute (VARI), Université de Géorgie (UGA) et Washington State University, détailler la structure de MBH, un complexe moléculaire impliqué dans la respiration microbienne. Les images à résolution proche de l'atome sont les toutes premières de MBH et montrent que sa structure est remarquablement similaire à celle de son homologue chez l'homme, I complexe.

"La nature est vraiment douée pour trouver des molécules qui fonctionnent, puis les modifier et les utiliser encore et encore. C'est un excellent exemple, " a déclaré Michael W.W. Adams, Doctorat., un UGA Distinguished Research et Georgia Power Professor qui étudie le MBH depuis 20 ans. "Connaître la structure de MBH nous fournit de nouvelles informations sur la façon dont Complex I a évolué et comment cela pourrait fonctionner."

Presque toute la vie sur Terre repose sur la respiration, qui convertit l'énergie électrique en un produit utilisable, forme chimique. Le MBH et le Complexe I sont des éléments importants de ce processus; cependant, jusqu'à maintenant, le lien évolutif entre eux n'était pas clair. La structure de MBH illustre également un mécanisme de transduction de l'énergie électrique en énergie chimique qui est plus simple que celui du complexe I.

"La détermination de la structure de MBH comble certaines pièces manquantes importantes qui révèlent comment la vie s'est adaptée aux changements radicaux de l'environnement au cours des millénaires, " dit Huilin Li, Doctorat., professeur au Centre d'épigénétique de VARI et co-auteur principal de l'étude. "Cela résout un problème fondamental, mystère de longue date en biologie.

Le MBH est considéré comme un ancien système respiratoire car il a été isolé de Pyrococcus furiosus , un microbe qui se développe mieux dans l'eau bouillante et qui, depuis des milliards d'années, a élu domicile dans les cheminées volcaniques marines. Cet environnement inhospitalier, avec son mélange nocif de gaz et de températures extrêmes, s'apparente aux conditions atmosphériques présentes sur une population beaucoup plus jeune, planète beaucoup plus volatile.

Bien que de nombreux aspects des deux complexes soient similaires, Le complexe I possède plusieurs boucles supplémentaires qui lui permettent d'interagir avec plus de molécules que le MBH, une adaptation qui s'est probablement produite avec un changement dans la composition atmosphérique de la Terre.

« Il est étonnant de voir ces deux systèmes éloignés réorganiser leurs éléments communs pour s'adapter à leurs différentes conditions de vie, " dit Hongjun Yu, Doctorat., premier auteur de l'étude et chercheur au laboratoire de Li. "On dirait que la nature joue avec ses propres blocs de construction."

Les différences se reflètent également dans leurs métabolismes; les humains inhalent de l'oxygène et expirent du dioxyde de carbone, une conversion aidée par le Complexe I, tandis que P. furiosus utilise MBH pour expulser l'hydrogène gazeux, ouvrant éventuellement le potentiel de son utilisation comme source d'énergie propre.

Le MBH a été visualisé à l'aide du microscope cryoélectronique Titan Krios haute puissance de VARI (cryo-EM), qui est capable d'imager des molécules au 1/10, 000e de la largeur d'un cheveu humain. Le Krios de l'Institut est l'un des moins de 120 microscopes de ce type dans le monde.