En Rutgers-ledd studie belyser ett av vetenskapens mest bestående mysterier:Hur började ämnesomsättningen-processen genom vilken livet driver sig genom att omvandla energi från mat till rörelse och tillväxt?

För att svara på den frågan, forskarna omkonstruerade ett urprotein och satte in det i en levande bakterie, där den framgångsrikt drev cellens metabolism, tillväxt och reproduktion, enligt studien i Förfaranden från National Academy of Sciences .

"Vi är närmare att förstå de inre funktionerna i den gamla cellen som var förfader till allt liv på jorden - och, därför, att förstå hur livet uppstod i första hand, och de vägar livet kan ha tagit andra världar, "sade huvudförfattaren Andrew Mutter, en doktorandassistent vid Rutgers Universitys institution för marina och kustnära vetenskaper.

Upptäckten har också konsekvenser för syntetisk biologi, som utnyttjar metabolismen av mikrober för att producera industrikemikalier; och bioelektronik, som försöker tillämpa cellernas naturliga kretsar för energilagring och andra funktioner.

Forskarna tittade på en proteinklass som kallas ferredoxiner, som stöder metabolism i bakterier, växter och djur genom att flytta elektricitet genom celler. Dessa proteiner har olika, komplexa former i dagens levande ting, men forskare spekulerar att de alla härrörde från ett mycket enklare protein som fanns i förfader till allt liv.

På samma sätt som biologer jämför moderna fåglar och reptiler för att dra slutsatser om sin gemensamma förfader, forskarna jämförde ferredoxinmolekyler som finns i levande saker och, använder datormodeller, utformade förfäder former som kan ha funnits i ett tidigare skede i livets utveckling.

Den forskningen ledde till att de skapade en grundversion av proteinet - ett enkelt ferredoxin som kan leda elektricitet i en cell och att, över evigheter av evolution, kunde ha gett upphov till de många typer som finns idag.

Sedan, för att bevisa att deras modell av det gamla proteinet faktiskt skulle kunna stödja livet, de satte in den i en levande cell. De tog genomet av E. coli -bakterier, tog bort den gen som den använder för att skapa ferredoxin i naturen, och skarvade i en gen för deras omvända protein. Den modifierade E. coli -kolonin överlevde och växte fast långsammare än normalt.

Studera medförfattare Vikas Nanda, professor vid Rutgers Robert Wood Johnson Medical School och Center for Advanced Biotechnology and Medicine, sade upptäcktens konsekvenser för syntetisk biologi och bioelektronik kommer från ferredoxins roll i livets kretsar.

"Dessa proteiner kanaliserar elektricitet som en del av en cells interna kretsar. Ferredoxinerna som förekommer i det moderna livet är komplexa-men vi har skapat en avskalad version som fortfarande stöder liv. Framtida experiment kan bygga på denna enkla version för möjliga industriella tillämpningar , Sa Nanda.