Schwendner, P. and Riedo, A. and Melton, D. and Horvath, P. and Lindner, R. and Ehrenfreund, P. and Beblo-Vranesevic, K. and Rettberg, P. and Rabbow, E. and Westall, F. and Bashir, A. and Moissl-Eichinger, C. and Garcia-Descalzo, L. and Gomez, F. and Amils, R. and Þór Marteinsson, V. and Walter, N. and Cockell, C.S. (2022) Microbial Metabolism of Amino Acids—Biologically Induced Removal of Glycine and the Resulting Fingerprint as a Potential Biosignature. Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 9, p. 781542. Frontiers Media S.A.. doi: 10.3389/fspas.2022.781542. ISSN 2296-987X.
PDF
- Published version
1MB |
Official URL: http://www.doi.org/10.3389/fspas.2022.781542
Abstract
The identification of reliable biomarkers, such as amino acids, is key for the search of extraterrestrial life. A large number of microorganisms metabolize, synthesize, take up and excrete amino acids as part of the amino acid metabolism during aerobic and/or anaerobic respiration or in fermentation. In this work, we investigated whether the anaerobic microbial metabolism of amino acids could leave a secondary biosignature indicating biological activity in the environment around the cells. The observed fingerprints would reflect the physiological capabilities of the specific microbial community under investigation. The metabolic processing of an amino acid mixture by two distinct anaerobic microbial communities collected from Islinger Mühlbach (ISM) and Sippenauer Moor (SM), Germany was examined. The amino acid mixture contained L-alanine, β-alanine, L-aspartic acid, DL-proline, L-leucine, L-valine, glycine, L-phenylalanine and L-isoleucine. In parallel, an amino acid spiked medium without microorganisms was used as a control to determine abiotic changes over time. Liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS) was used to track amino acid changes over time. When comparing to the control samples that did not show significant changes of amino acids concentrations over time, we found that glycine was almost completely depleted from both microbial samples to less than 3% after the first two weeks- This results indicates a preferential use of this simple amino acid by these microbial communities. Although glycine degradation can be caused by abiotic processes, these results show that its preferential depletion in an environment would be consistent with the presence of life. We found changes in most other amino acids that varied between amino acids and communities, suggesting complex dynamics with no clear universal pattern that might be used as a signature of life. However, marked increases in amino acids, caused by cellular synthesis and release into the extracellular environment (e.g., alanine), were observed and could be considered a signature of metabolic activity. We conclude, that substantial anomalous enhancements of some amino acids against the expected abiotic background concentration may be an agnostic signature of the presence of biological processes.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/187625/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Microbial Metabolism of Amino Acids—Biologically Induced Removal of Glycine and the Resulting Fingerprint as a Potential Biosignature | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Date: | 4 April 2022 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Frontiers in Astronomy and Space Sciences | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.3389/fspas.2022.781542 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Page Range: | p. 781542 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | Frontiers Media S.A. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 2296-987X | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | amino acids; biomarker; search for life, glycine; habitability; microbial degradation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | R FR - Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | R - Project ISS LIFE 2.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Aerospace Medicine Institute of Aerospace Medicine > Radiation Biology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Schrage, Larissa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 15 Aug 2022 12:35 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 22 Sep 2022 11:45 |
Repository Staff Only: item control page