Enzyme sorgen für die chemischen Reaktionen, die Energie liefern und verschiedene Bestandteile während des Zellstoffwechsels umwandeln. Wie ihre Eigenschaften im Laufe der Evolution erworben wurden, ist eine grundlegende Frage. Tatsächlich ist ihre heutige Funktionsweise das Ergebnis von Evolutionsschritten, die über sehr lange Zeiträume stattgefunden haben.
Die alten methanogenen Archaeen bewohnten eine sehr heiße und radioaktive Umgebung (D. Mardern / IBS)
Im Rahmen eines gemeinsamen Projekts haben Forscher des Irig/IBS sehr alte, sogenannte extremophile Enzyme (die unter extremen Bedingungen von Temperatur, Druck usw. funktionieren können) charakterisiert, indem sie einen paläoenzymologischen Ansatz verwendeten, um zu verstehen, wie einige heutige Enzyme aufgebaut wurden.
Einige Mikroorganismen, wie methanogene Archaeen (einzellige prokaryotische Mikroorganismen, die Methan produzieren), haben viele Umgebungen besiedelt, in denen sehr unterschiedliche Temperaturbedingungen herrschen. Zum Beispiel liegt die Wachstumstemperatur für Arten, die an tiefen hydrothermalen Schloten isoliert wurden, bei etwa 100°C. Ihre Enzyme sind daher an diese Bedingungen angepasst.
Durch die Verwendung der Malat-Dehydrogenase, einem am Stoffwechsel beteiligten Enzym, und durch einen Ansatz der evolutionären Biochemie in Kombination mit einer biophysikalischen Methode die bereits beschrieben wurde und sich bewährt hat, war es möglich, die Mutationen zu identifizieren, die für die Anpassung dieses Enzyms innerhalb verschiedener moderner Enzymlinien aus einer ursprünglichen Form verantwortlich sind, die in der Lage war, Bedingungen von Radioaktivität und Temperatur zu widerstehen, die als extrem schädlich gelten. Bisher wurde die Fähigkeit, Radioaktivität zu widerstehen, nur auf Ebene bestimmter Zellen nachgewiesen, insbesondere über Mechanismen zum Schutz/Reparatur der DNA.
Zum ersten Mal zeigen Forscher des Irig/IBS, dass es eine günstige Widerstandsfähigkeit gegen Radioaktivität gibt und dass diese Proteineigenschaft sehr alt ist.
Der Nachweis eines Zusammenhangs zwischen der thermischen Stabilität eines Enzyms und seiner Fähigkeit, intensiver radioaktiver Strahlung zu widerstehen, eröffnet Perspektiven für die Untersuchung der Entstehungsbedingungen alter Zellen auf einer radioaktiveren Erde als heute oder auf anderen Planeten. Diese Studie trägt auch zu einem besseren Verständnis des Prozesses der rationalen Entwicklung von Enzymen bei, die für die Sanierung radioaktiver Standorte nützlich sind.