Знание – сила 2000 05-06

Риккетсия названа в честь X. Риккетса, который со своим коллегой С. Провасеком изучал тиф. Оба погибли на эпидемии этого заболевания. Больше повезло Ш. Николю, получившему в 1928 году Нобелевскую премию за доказательство того, что тиф передается вшами и блохами.

Недавнее прочтение генома риккетсии (1111 килобаз, или тысяч букв генкода) позволило на молекулярном уровне подтвердить открытие, сделанное лет пятнадцать тому назад. Речь идет об «инвазии» митохондрий в клетки!

Поясним, что митохондрии – это органеллы клеток, в которых за счет энергии «сжигания» глюкозы образуется АТФ: сначала две молекулы в бескислородных условиях, а затем еще 36 в присутствии кислорода. Так происходит снабжение клетки энергией. Для ее получения можно есть много малокалорийной травы, а можно получать ее в концентрированной форме, если поедать мясо других. Так возникло хищничество, которое неотделимо от агрессии.

Так вот, уже давно высказывалось мнение о том, что хлоропласты растительных клеток (в них идет фотосинтез и из С0 2 и воды «делается глюкоза) и митохондрии животных – это «чужие» органы, имплантаты древних микроорганизмов в не менее древние клетки. Дело доходит до того, что хлоропласты и митохондрии «передают» ядрам клеток часть своих генов, причем в случае последних весьма значительную.

У риккетсии всего 834 гена, что несравнимо с 4300 генами свободно живущей кишечной палочки. Это генетическое подтверждение давно известного факта упрощения, «регрессии» паразитов и их образа жизни. Им просто не нужны многие гены, поскольку паразиты получают достаточно много от своих хозяев.

Но, тем не менее, ученых ждало одно удивительное наблюдение! Выяснилось, что митохондриальной ДНК у риккетсии оказалось почти 70 килобаз. Добавим, что у нас в митохондриях всего 16 килобаз!

Сравнение генных последовательностей показывает со всей очевидностью, что риккетсия и митохондрии являются… эволюционными родственниками. Среди других эволюционно связанных организмов мы видим растения арабидопсис и маршанцию, упоминавшуюся уже реклиномонас, хлебные дрожжи, африканскую шпорцевую лягушку «Ксенопус левис», акантамебу и так далее. Особенно интересно в этой связи присутствие в списке знаменитой «Тетрахимена», у которой были открыты первые рибозимы – небольшие молекулы РНК, способные «резать» сами себя.

Поговорим о несколько более общих принципах биоэнергетики. Сейчас она представлена в основном клеточным «дыханием», при котором глюкоза сжигается до СО, и воды. При этом «получателем» (акцептором) электрона служит кислород. Правда, у грибков и реснитчатых простейших электрон акцептируется нитратом, а продуктом является закись азота.

И вот Анна Ахманова из университета в голландском Неймегене нашла новый уникальный микроорганизм «Никтотерус овалис», содержащий вместо митохондрий гидрогеносомы. Это реснитчатое одноклеточное живет в почти бескислородной среде кишечника тараканов и древоточцев, помогая последним расщеплять древесную клетчатку целлюлозу. Митохондрии этих клеток названы «водородосомами» потому, что они помимо АТФ в качестве побочного продукта образуют и молекулярный водород. Такие гидрогеносомы известны уже более четверти века. Полагают, что они возникли – как и митохондрии – из эндосимбиогических микроорганизмов. До сих пор, однако, не удавалось обнаружить в них собственный «автономный» геном. Теперь это посчастливилось сделать Ахмановой.

Сначала ДНК гидрогеносом пометили антителами, которые специфичны для вещества генов. Потом с трудом обнаружили характерную для митохондрий РНК («Никтотерус» не живет в культуре, поэтому его приходилось с превеликой осторожностью «доставать» из кишечника насекомого). Как же доказать, что «Никтотерус» продуцирует водород?

В свое время Д. Дефо писал, что микроскоп позволяет видеть на блохе блошиночку и так «ад инфинитум», то есть до бесконечности. Блоха паразитирует на человеке и животных, риккетсия – на блохе и так «ад инфинитум». Нечто подобное оказалось и с «Никтотерус». В нем был обнаружен еше один эндосимбионт, представляющий собой метаноген, то есть симбионт, синтезирующий метан с помощью получаемого водорода!

ДНК гидрогеносомы состоит из 1198 кодирующих аминокислоты троек букв ген-кода (кодонов-триплетов). Расшифрованная последовательность указывает на фермент гидрогеназу, содержащую железо (подобно железу в геме гемоглобина нашей крови). Такие ферменты выделены из широко известного микроба «Клостридиум» и протеобактерии «Десульфовибрио», живущей на сере. Авторы указывают, что «их» гидрогеназа сходна по своей последовательности с ядсрным ферментом того же «назначения». При этом ядерный ген гидрогеназы заканчивается повтором букв ген-кода, который характерен для… теломер. А теломеры, как известно, и о чем уже писал журнал «Знание – сила», тесно связаны с «предопределением срока жизни клетки и количеством ее делений». Что-то уж очень много совпадений…

Войны ведутся за энергию в виде угля и нефти, гидроресурсов и урана. Но вполне может статься, что скоро само потребление энергии будет приводить к ее генерации. Речь идет о знаменитых водородных батареях, которые были разработаны специально для полета на Луну. В этих энергоячейках водород сжигается в ходе беспламенной реакции. Новые полимерные батареи становятся все более и более приемлемыми с финансовой точки зрения. Достаточно сказать, что у современных ячеек КПД достигает 60 процентов по сравнению с 50 в газовых турбогенераторах.

Два килограмма современных батарей генерируют киловатт энергии на протяжении всего каких-то трех минут, в то время как та же масса водородных ячеек в сочетании с двигателем на метаноле (метиловом спирте) и воде дают то же количество энергии в течение пяти часов! Пока киловатт такой энергии стоит порядка двух тысяч долларов, но цена постоянно и неуклонно снижается.

Можно только себе представить, что нам удалось разгадать все загадки энергопреобразования в живых клетках. Ведь они сами, размножаясь, будут давать необходимое количество того же водорода, который будет отдавать свою энергию в ходе регулируемого процесса, налаженного вот уже более трех миллиардов лет. Вполне возможно, что нам со временем удастся решить и вопрос о сложных взаимоотношениях древних клеток-хозяев, в которые вторглись энергопродуценты.

А это в свое время привело к удивительным изменениям нашей планеты, атмосфера которой обогатилась кислородом. Со всеми вытекающими последствиями…

Анореи Никитин

Муза истории Клио удивительна в своих пристрастиях. Она охраняет для потомков факты, на первый взгляд малозначительные, и ввергает в реку забвения народы и государства. События весны 1185 года, связанные с поездкой в Степь новгород-северского князя Игоря Святославича, так же мало повлияли на ход мировой истории, как разгром басками арьергарда войска Карла Великого в Ронсевальском ущелье в 778 гсщу. Однако и то, и другое стало важным сюжетом для поэтов и спустя сотни лет дошло до нашего времени.