研究發(fā)現(xiàn)控制古代微生物碳代謝進(jìn)化的新動(dòng)力學(xué)因子

岡山大學(xué)跨學(xué)科科學(xué)研究所副教授 Tomonari Sumi 和豐橋工業(yè)大學(xué)信息技術(shù)教育中心副教授 Koji Harada 開發(fā)了一個(gè)動(dòng)力學(xué)假說(shuō)來(lái)控制最后的普遍共同祖先(LUCA)的進(jìn)化) 基于模擬古代進(jìn)化微生物的碳代謝，類似于 LUCA。

使用模擬實(shí)驗(yàn)證明，該假設(shè)適用于 KEGG(京都基因和基因組百科全書)基因數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的深分支細(xì)菌和古細(xì)菌。最后的普遍共同祖先(LUCA)是一種可以追溯到大約40億年前的單細(xì)胞生物，它的基因是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有細(xì)菌和古細(xì)菌的基因及其后代進(jìn)化史的分析而確定的.根據(jù)這些分析，推測(cè) LUCA 以化學(xué)自養(yǎng)方式生長(zhǎng)，吸收 H2和 CO2在類似于地球上仍然存在的熱液噴口的環(huán)境中使用還原性乙酰輔酶 A (rACoA) 途徑(也稱為 Wood-Ljungdahl 途徑)。它們是一個(gè)極端的環(huán)境，沒(méi)有氧氣、極高的溫度和豐富的礦物質(zhì)。布拉克曼等人。根據(jù)系統(tǒng)代謝分析的結(jié)果，LUCA 或?qū)е?LUCA 的生物原始系統(tǒng)具有冗余代謝系統(tǒng)，其中 rACoA 途徑和還原性三羧酸 (rTCA) 途徑共存，但沒(méi)有詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)碳代謝，例如當(dāng)它們共存時(shí)會(huì)發(fā)生什么，已經(jīng)被研究過(guò)。此外，雖然已經(jīng)揭示出在從 LUCA 進(jìn)化而來(lái)的深分支細(xì)菌和古細(xì)菌中存在各種部分 TCA 途徑，

為了解決這些問(wèn)題，Sumi 和 Harada 副教授開發(fā)了一個(gè)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該模型考慮了參與古代進(jìn)化微生物碳代謝的酶，目的是通過(guò)數(shù)學(xué)模擬來(lái)解開這個(gè)謎團(tuán)。此外，基于該數(shù)學(xué)模擬，他們發(fā)現(xiàn)了控制 TCA 循環(huán)中化學(xué)反應(yīng)流程的動(dòng)力學(xué)因素。他們確定的因素是，如果產(chǎn)生乙酰輔酶 A (ACoA) 的碳固定途徑如 rACoA 途徑和 rTCA 循環(huán)在單個(gè)細(xì)胞中共存，則由于化學(xué)反應(yīng)通量之間的競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)產(chǎn)生部分受損的 TCA 途徑?；诖?，他們建立了一個(gè)動(dòng)力學(xué)假設(shè)，即在從LUCA進(jìn)化的過(guò)程中，生物避免了低效的化學(xué)反應(yīng)。

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