Naukowcy odkryli, że SAM odgrywa kluczową rolę w produkcji metylortęci, wysoce toksycznego związku zanieczyszczającego owoce morza. Ich odkrycia mogą pomóc w wysiłkach na rzecz ograniczenia wpływu metylortęci na środowisko.
Rtęć jest wysoce toksyczna, ale staje się szczególnie niebezpieczna po przekształceniu w metylortęć – w formie tak szkodliwej, że nawet kilka miliardowych grama może spowodować poważne i trwałe uszkodzenie neurologiczne rozwijającego się płodu. Niestety metylortęć często przedostaje się do naszego organizmu wraz z owocami morza, a gdy już zanieczyści naszą żywność i środowisko, nie ma łatwego sposobu na jej wyeliminowanie.
Teraz, wykorzystując wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie w źródle światła promieniowania synchrotronowego Stanford (SSRL) w Narodowym Laboratorium Akceleratorów SLAC Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, naukowcy zidentyfikowali nieoczekiwanego głównego czynnika odpowiedzialnego za zatrucie metylortęcią – cząsteczkę zwaną S-adenozylo-L-metioniną (SAM).
Wyniki opublikowane w czasopiśmie Postępowanie Narodowej Akademii Naukmoże pomóc naukowcom w opracowaniu nowych sposobów radzenia sobie z zatruciem metylortęcią.
„Nikt nie wiedział, w jaki sposób rtęć jest biologicznie metylowana” – stwierdziła Riti Sarangi, starszy naukowiec w programie Structural Molecular Biology SSRL i współautorka artykułu. „Musimy zrozumieć ten podstawowy proces, zanim będziemy mogli opracować skuteczną strategię rekultywacji metylortęci. To badanie jest krokiem w tym kierunku.”
Wyzwania w badaniu nieuchwytnego białka HgcAB
W nowym artykule poruszana jest wąska, ale istotna tajemnica dotycząca sposobu produkcji metylortęci. Naukowcy wiedzieli, że większość spożywanej przez nas rtęci zaczyna się w postaci emisji przemysłowych przedostających się do zbiorników wodnych, gdzie mikroorganizmy przekształcają ją w metylortęć. Ta forma koncentruje się w rybach – i ostatecznie w nas – gdy przemieszcza się w górę sieci pokarmowej.
Mimo to badacze nie byli pewni, w jaki sposób mikroorganizmy wytwarzają metylortęć. Kluczowym czynnikiem zakłócającym, stwierdził Sarangi, jest to, że układ białek przekształcający rtęć w metylortęć, zwany HgcAB, występuje w drobnoustrojach jedynie w bardzo małych ilościach, co niezwykle utrudnia jego zebranie i oczyszczenie na tyle, aby można je było zbadać. Jest to również niezwykle wybredne: najmniejsza ekspozycja na tlen i światło dezaktywuje HgcAB.
W ramach trwających 10 lat wysiłków i współpracy w krajowych laboratoriach i uniwersytetach profesor Steve Ragsdale z Uniwersytetu Michigan, jego absolwentka Katherine Rush, obecnie adiunkt na Uniwersytecie Auburn, oraz współpracownik podoktorski Kaiyuan Zheng opracowali nowy protokół zapewniający wystarczającą stabilność HgcAB do wreszcie zbadać, w jaki sposób przekształca rtęć w metylortęć.
„Pracowaliśmy z wieloma bardzo trudnymi białkami, ale to miało wszystko, czego nie chciałbyś mieć w białku, jeśli chcesz je oczyścić. To było bardzo skomplikowane” – powiedział Ragsdale.
Gdy zespół oczyścił wystarczającą ilość HgcAB, przetransportował próbki – schłodzone ciekłym azotem i osłonięte przed światłem – do SSRL w celu przeprowadzenia pomiarów spektroskopii absorpcyjnej promieniowania rentgenowskiego. Tam naukowiec z SSRL, Macon Abernathy, zastosował metodę zwaną rozszerzoną spektroskopią drobnych struktur z absorpcją promieniowania rentgenowskiego do badania HgcAB.
„Ośrodki spektroskopii rentgenowskiej SSRL są specjalnie wyposażone do badania próbek biologicznych i posiadają potężne systemy detektorów, które potrafią rozróżnić wyjątkowo słabe sygnały takich bardzo rozcieńczonych próbek białek”, powiedział Sarangi.
Zaskakująca rola SAM w formacji metylortęci
Podczas gdy w poprzednich badaniach stawiano hipotezę, że dana grupa metylowa pochodzi od metylotetrahydrofolianu, powszechnego donora metylu w reakcjach komórkowych, nowe badanie wykazało, że została ona przekazana przez SAM. Naukowcy stwierdzili, że wyniki, które zawężają zakres głównych uczestników produkcji metylortęci, mogą pomóc w opracowaniu strategii rekultywacji środowiska.
„Nikt tego jeszcze nie próbował, ale być może można by opracować analogi SAM, które mogłyby rozwiązać problem metylortęci w środowisku” – powiedział Ragsdale.
Odniesienie: „S-adenozylo-L-metionina jest nieoczekiwanym donorem metylu do metylacji rtęci przez kompleks HgcAB związany z błoną” autorstwa Kaiyuan Zheng, Katherine W. Rush, Swapneeta S. Date, Alexander Johs, Jerry M. Parks, Angela S. Fleischhacker, Macon J. Abernathy, Ritimukta Sarangi i Stephen W. Ragsdale, 15 listopada 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2408086121
