研究发现控制古代微生物碳代谢进化的新动力学因子

冈山大学跨学科科学研究所副教授 Tomonari Sumi 和丰桥工业大学信息技术教育中心副教授 Koji Harada 开发了一个动力学假说来控制最后的普遍共同祖先(LUCA)的进化) 基于模拟古代进化微生物的碳代谢，类似于 LUCA。

使用模拟实验证明，该假设适用于 KEGG(京都基因和基因组百科全书)基因数据库中记录的深分支细菌和古细菌。最后的普遍共同祖先(LUCA)是一种可以追溯到大约40亿年前的单细胞生物，它的基因是通过对现有细菌和古细菌的基因及其后代进化史的分析而确定的.根据这些分析，推测 LUCA 以化学自养方式生长，吸收 H2和 CO2在类似于地球上仍然存在的热液喷口的环境中使用还原性乙酰辅酶 A (rACoA) 途径(也称为 Wood-Ljungdahl 途径)。它们是一个极端的环境，没有氧气、极高的温度和丰富的矿物质。布拉克曼等人。根据系统代谢分析的结果，LUCA 或导致 LUCA 的生物原始系统具有冗余代谢系统，其中 rACoA 途径和还原性三羧酸 (rTCA) 途径共存，但没有详细的动力学碳代谢，例如当它们共存时会发生什么，已经被研究过。此外，虽然已经揭示出在从 LUCA 进化而来的深分支细菌和古细菌中存在各种部分 TCA 途径，

为了解决这些问题，Sumi 和 Harada 副教授开发了一个动力学反应网络模型，该模型考虑了参与古代进化微生物碳代谢的酶，目的是通过数学模拟来解开这个谜团。此外，基于该数学模拟，他们发现了控制 TCA 循环中化学反应流程的动力学因素。他们确定的因素是，如果产生乙酰辅酶 A (ACoA) 的碳固定途径如 rACoA 途径和 rTCA 循环在单个细胞中共存，则由于化学反应通量之间的竞争，会产生部分受损的 TCA 途径。基于此，他们建立了一个动力学假设，即在从LUCA进化的过程中，生物避免了低效的化学反应。

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