Atrazine, en kontroversiell herbicid som introducerades för jordbruket på 1950 -talet, har förbjudits i Europeiska unionen men används flitigt i USA och Australien. Under de årtionden som atrazin har ackumulerats på jordbruksmarker, vissa bakterier i dessa jordar har utvecklat förmågan att dra nytta av denna kväverika förening, metabolisera det och använda det för att växa.

Forskare vid Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization of Australia, eller CSIRO, är intresserade av att utnyttja den bakteriella förmågan att bryta ned atrazin för att åtgärda atrazinförorenade miljöer. I en ny forskningsartikel publicerad i Journal of Biological Chemistry , ett team från CSIRO och Australian National University beskriver tidigare okända proteiner som är involverade i nedbrytning av atrazin - och de insikter som dessa kan ge oss om hur bakterier utvecklar nya förmågor som svar på kemikalier syntetiserade av människor. "Bakterier är riktigt bra på att utvecklas för att kunna utnyttja nya näringskällor, och de gör detta genom att anpassa befintliga cellulära maskiner för nya funktioner, "sa Colin Scott, ledare för teamet för biokatalys och syntetisk biologi vid CSIRO, som övervakade arbetet.

Att göra atrazin till en användbar kvävekälla är en flerstegsprocess för bakterier, som involverar flera enzymer. Var och en av dessa enzymer hade tidigare tjänat olika funktioner i bakterieceller i världen innan utbredd atrazinförorening. I atrazin-nedbrytande bakterier, generna som kodar för dessa enzymer grupperas på en sektion av DNA som kallas en plasmid, som lätt kan passera mellan bakterier, ger dem en färdig ny anpassning.

"Inom tio år från den ursprungliga upptäckten (på 1990 -talet), gener från denna väg hittades (i bakterier) på i stort sett alla kontinenter utom Antarktis, "Sa Scott. Med andra ord, som användning av atrazin sprids över hela världen, så gjorde bakteriens förmåga att metabolisera det.

Medan de enzymer som är involverade i flera av dessa steg har beskrivits noggrant, strukturen på en av dem, kallas AztE, var fortfarande okänd. AztE är avgörande för att omvandla en cyanursyra - ett mellanliggande steg i atrazinnedbrytningsprocessen - till ammoniak.

Lygie Esquirol, en doktorsexamen student i Scotts lab, ledde ansträngningen att rena detta protein. När teamet undersökte proteinet, det hittade något överraskande:en annan, mycket litet protein, vars existens inte hade förutsetts från bakteriens genom -sekvens, bildar ett komplex med AztE. Detta nya protein, som laget gav namnet AztG, verkade vara nödvändigt för att stabilisera AztE:s struktur.

Tillsammans, strukturen för AztE och AztG liknade ett annat bakteriellt proteinkomplex - transamidasomen, vilket hjälper till att göra bakteriell överföring av RNA. Således, det syntes att proteiner som är inblandade i bakteriecellens grundläggande funktioner återanvändes för den nya atrazinvägen.

"(Transamidasomen) är absolut nödvändig för bakterier på det sätt de gör sina tRNA, "Sa Scott." Det var lite förvånande att vårt protein, som är involverad i bekämpningsmedels katabolism, var (liknande) detta proteinkomplex som används vid central metabolism. "

Löfte om syntetisk biologi är att människor kan kombinera gener som kodar för olika funktioner i en organism på kreativa sätt. Dock, även om det är relativt enkelt att infoga gener i nya sammanhang, det finns inte alltid en garanti för att en nybyggd väg fungerar som avsett. Det är därför lärorikt att undersöka vägar som atrazinnedbrytningsvägen, där bakterier framgångsrikt har återanvänt en serie orelaterade gener för att göra något nytt.

"Denna (väg) har kommit från andra platser och kullerstensats ihop, men det måste finnas några underliggande regler och begränsningar för hur man gör det, "Sa Scott." Vi vet inte för närvarande vad designreglerna är för komplexa vägar när det gäller deras genetiska arkitektur. Vad vi vill göra är att använda cyanursyravägen som modell för att förstå några av dessa designprinciper. "

Atrazin-nedbrytande bakterier omvandlar atrazin till kvävehaltiga föreningar som växter potentiellt kan använda som gödningsmedel, men detta ställer till sina egna problem:Kväveavrinning i vatten orsakar algblomning och djurstörningar. Således, ett av nyckelproblemen som CSIRO -forskare försöker lösa är hur man ska innehålla reaktionen så att den bara inträffar var och hur människor behöver den. Ett tillvägagångssätt är att använda riktad applicering av enzymer renade från dessa bakterier, snarare än bakterierna själva.

"Som en teknik, vi har gått ut på fältet och bevisat att (enzymerna) kan fungera, "Scott sa." Nästa steg är att arbeta med industrin för att försöka implementera några av dessa lösningar. "