Hur mikrober skapar den giftigaste formen av kvicksilver i fisk (metylkvicksilver)

 

Bild https://www6.slac.stanford.edu  Metylkvicksilver som koncentreras i fisk och sedan konsumeras av människor – är en viktig bidragande orsak till kvicksilverförgiftning. Nu har forskare avslöjat nya detaljer om hur mikrober producerar metylkvicksilver vilket kan ligga till grund för hur nya saneringsstrategier ska utarbetas. (Dwayne Meadows, NOAA/NMFS/OPR via Flickr)

Kvicksilver är giftigt och blir än giftigare om det omvandlas till metylkvicksilver  en form av kvicksilver som är så skadlig att bara några miljarddelar av ett gram kan orsaka allvarliga och bestående neurologiska skador på ett växande foster. Metylkvicksilver tar sig ofta in i våra kroppar via fisk och skaldjur som vi äter. Men att bli av med det i miljön finns det inget enkelt sätt att göra på.

Nu har forskare med hjälp av högenergirik röntgenstrålning vid Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) vid det amerikanska energidepartementets SLAC National Accelerator Laboratory identifierat en oväntad stor aktör i metylkvicksilverförgiftning i form av en molekyl som kallas S-adenosyl-L-metionin (SAM).

Studien om upptäckten är publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences och i den beskrivs den molekyl den upptäckt som kan det hjälpa forskare att hitta nya sätt att ta itu med metylkvicksilverförgiftning.

"Ingen visste innan upptäckten hur kvicksilver metyleras biologiskt", beskriver Riti Sarangi, senior forskare vid SSRL:s program för strukturell molekylärbiologi och medförfattare till artikeln. – Vi måste förstå den grundläggande processen innan vi kan utveckla en effektiv strategi för rening av metylkvicksilver. Studien visar ett steg i den riktningen.

I den nya artikeln behandlas ett smalt men viktigt mysterium om hur metylkvicksilver produceras. Forskare visste att det mesta av det kvicksilver vi konsumerar kommer från industriella utsläpp som tar sig ut i vattendrag där mikrober omvandlar det till metylkvicksilver. Den formen koncentreras sedan i fisk – och i slutändan oss  när den rör sig uppåt i näringskedjan.

Ändå var forskarna inte säkra på hur mikroorganismer producerar metylkvicksilver. En viktig förväxlingsfaktor, beskriver Sarangi, är att proteinsystemet som omvandlar kvicksilver till metylkvicksilver, kallat HgcAB, bara finns i mycket små mängder i mikrober vilket gör det extremt svårt att samla in och rena tillräckligt för att studera. Minsta exponering för syre och ljus inaktiverar HgcAB.

I ett arbete som sträcker sig över 10 år och samarbeten mellan nationella laboratorier och universitet har professor Steve Ragsdale vid University of Michigan och hans doktorand Katherine Rush, nu biträdande professor vid Auburn University och postdoktorala medarbetaren Kaiyuan Zheng utvecklat ett nytt protokoll för att ge tillräckligt med stabilt HgcAB för att kunna undersöka hur det omvandlar kvicksilver till metylkvicksilver.

– Vi har jobbat med många väldigt svåra proteiner, men den här hade allt man inte vill ha i ett protein om man ville rena det. Det var väldigt komplicerat, beskriver Ragsdale.

När teamet hade renat tillräckligt med HgcAB transporterade de proverna – kylda med flytande kväve och avskärmade från ljus – till SSRL för röntgenabsorptionsspektroskopimätningar. Där använde SSRL-forskaren Macon Abernathy en metod som kallas extended X-ray absorption fine structure spectroscopy för att studera HgcAB.

Medan tidigare studier antog att metylgruppen i fråga kom från metyltetrahydrofolat, en vanlig metyldonator vid cellulära reaktioner finner den nya studien att den kom av SAM istället. Forskarna sa att resultaten, som begränsar sig till de viktigaste aktörerna i produktionen av metylkvicksilver, kan hjälpa till i utvecklingen av miljösaneringsstrategier.

"Ingen har provat det ännu, men kanske kan analoger till SAM utvecklas som kan ta itu med metylkvicksilver i miljön", säger Ragsdale.

SSRL är en användaranläggning för DOE Office of Science. SSRL Structural Molecular Biology-programmet stöds av DOE Office of Science och NIH National Institute of General Medical Sciences.

Ännu finns kvicksilver i fisk vilket kan förvåna då kcicksilverbetat utsäde som var en av anledningarna till förgiftning och fågeldöd på 1960 talet ligger långt tillbaka i tiden nu. Men kanske förklaringen finns här.