Läpimurto metaanitutkimuksessa: Kuinka mikrobit voivat pelastaa ilmastomme!

Läpimurto metaanitutkimuksessa: Kuinka mikrobit voivat pelastaa ilmastomme!

Marburgin Philipps-yliopiston synteettisen mikrobiologian keskuksen (SYNMIKRO) ja Berliinin TU:n tutkijat ovat edistyneet merkittävästi metyylikoentsyymi-M-reduktaasin (MCR) ymmärtämisessä. Tällä entsyymillä on olennainen rooli biologisessa metaanin tuotannossa ja se on yksi maan runsaimmista entsyymeistä. Tämän tutkimuksen tulokset julkaistiin tunnetussa Nature-lehdessä, ja ne osoittavat merkittävän evolutionaarisen yhteyden typen sitomisprosesseihin, jotka ovat keskeisiä globaalissa typen kierrossa, kun mikro-organismit absorboivat ja muuntavat typpeä ilmasta. äänekäs Berliinin TU Tämä läpimurto on ratkaisevan tärkeä, jotta energia-alan ja ilmastonmuutoksen haasteisiin voidaan vastata paremmin.

Tohtori Christian Lorent, tutkimuksen toinen kirjoittaja, korostaa, että metanogeeniset arkeat tuottavat vuosittain jopa miljardi tonnia metaania. Nämä päästöt edistävät ilmaston lämpenemistä, mutta tarjoavat myös potentiaalia uusiutuvana energialähteenä. MCR on vastuussa metaanin tuotannosta monimutkaisessa biokemiallisessa prosessissa, ja tutkimusryhmä eristi ja karakterisoi MCR-aktivaatiokompleksin Methanococcus maripaludiksesta. Se tunnisti myös merkittävän vaikutuksen pienellä proteiinilla nimeltä McrC, joka aktivoi MCR:n ATP-riippuvaisessa prosessissa. Tämä löytö syventää ymmärrystämme metaanin tuotannon taustalla olevista molekyylimekanismeista.

MCR:n rooli metanogeneesissä

MCR katalysoi metanogeneesin viimeistä vaihetta ja sillä on myös ratkaiseva rooli metaanin anaerobisessa hapetuksessa. MCR:n rakenne sisältää ainutlaatuisen nikkelitetrahydrokorfinoidin, joka tunnetaan myös nimellä koentsyymi F430, ja erilaisia ​​epätavallisia translaation jälkeisiä modifikaatioita (PTM). Nämä modifikaatiot ovat ratkaisevia entsyymin toiminnalle, jota esiintyy metanogeenisessa arkeassa kahtena isoentsyyminä (MCRI ja MCRII). Uusi tyyppi, MCRIII, tunnistettiin Methanococcalesissa. Näistä muutoksista on kuitenkin tähän mennessä tehty vain vähän tutkimuksia. Korostettu kattavassa yleiskatsauksessa nykyisestä MCR:stä ja sen PTM:istä PMCID että tulevaa tutkimusta tarvitaan ymmärtääksemme paremmin PTM:ien toimintoja ja niiden vaikutusta MCR:n aktiivisuuteen ja vakauteen.

MCR:n aktiivinen kohta sisältää koentsyymiä F430, jonka nikkeli-ioni katalysoi tarvittavia redox-reaktioita Ni(1+)-hapetustilassa. Aktiivisen kohdan reaktiomekanismit sisältävät kaksi substraattia ja tuottavat metaania ja muita tuotteita, ja kolme mahdollista mekanismia tälle reaktiolle tutkitaan. Nämä havainnot ovat tärkeitä perustutkimuksen lisäksi myös uusien teknologioiden kehittämisessä energian tuottamiseksi biologisista lähteistä.

Kolmen erikoistuneen metallikompleksin löytäminen, jotka tarvitaan MCR:n aktivointimekanismiin, osoittaa samansuuntaisuutta typessä olevien katalyyttien kanssa. Näiden järjestelmien samankaltaisuus viittaa siihen, että niillä voi olla yhteinen evoluution alkuperä, mikä korostaa biologisten katalyyttien yleistä monimutkaisuutta ja sopeutumiskykyä. Tohtori Lorent kehottaa siksi tehostamaan energiantuotannon ja ilmastonsuojelun luonnollisten katalyyttien tutkimusta.