Ученые впервые оживили фермент возрастом 3,2 миллиарда лет

Биохимики «оживили» ферменты, не работавшие на Земле более трех миллиардов лет. Команда профессора Лэнса Сифелдта из Университета штата Юта и профессора Бетюль Кашар из Университета Висконсин–Мадисон восстановила нитрогеназы — белки, некогда кормившие жизнь на ранней Земле.

Работа опубликована в журнале Nature Communications (NatCom).

Нитрогеназа — единственный природный «инструмент» для биологической фиксации азота. Атмосферный азот (N₂) составляет 78% воздуха, но в этой форме живые организмы его использовать не могут. Только бактерии с нитрогеназой способны превращать инертный N₂ в аммиак — вещество, из которого строятся аминокислоты, белки и ДНК. Именно благодаря этой реакции жизнь смогла распространиться по всей планете.

Для реконструкции генов авторы применили анализ изотопного фракционирования: разные изотопы азота по-разному включаются в биомолекулы, и по «изотопной подписи» в ископаемых породах можно судить о свойствах ферментов, работавших миллиарды лет назад. Восстановленные гены встроили в современные бактерии — те синтезировали древние белки.

Воссозданные ферменты оказались функционально активны, хотя и уступают по эффективности современным аналогам. По мнению Сифелдта, за три миллиарда лет эволюция существенно «доработала» их.

Исследование имеет два прикладных направления. Первое — создание более эффективных биологических удобрений, сокращающих зависимость сельского хозяйства от химического синтеза. Второе — разработка систем производства питательных веществ в условиях будущих колоний на Марсе, где атмосферный азот присутствует в следовых количествах.