Metano tyrimų proveržis: kaip mikrobai gali išsaugoti mūsų klimatą!

Metano tyrimų proveržis: kaip mikrobai gali išsaugoti mūsų klimatą!

Marburgo Filipso universiteto Sintetinės mikrobiologijos centro (SYNMIKRO) ir TU Berlyno mokslininkai padarė didelę pažangą suprasdami metil-kofermento M reduktazę (MCR). Šis fermentas atlieka esminį vaidmenį biologinėje metano gamyboje ir yra vienas gausiausių fermentų Žemėje. Šio tyrimo rezultatai buvo paskelbti žinomame žurnale „Nature“ ir rodo nepaprastą evoliucinį ryšį su azoto fiksavimo procesais, kurie yra pagrindiniai pasaulinio azoto ciklo elementai, nes mikroorganizmai sugeria ir paverčia azotą iš oro. Garsiai TU Berlynas Šis proveržis yra labai svarbus siekiant geriau spręsti energetikos sektoriaus ir klimato kaitos iššūkius.

Daktaras Christianas Lorentas, tyrimo bendraautoris, pabrėžia, kad metanogeninės archėjos kasmet pagamina iki milijardo tonų metano. Šios emisijos prisideda prie visuotinio atšilimo, bet taip pat siūlo atsinaujinančios energijos šaltinio potencialą. MCR yra atsakingas už metano gamybą sudėtingame biocheminiame procese, o tyrimų grupė išskyrė ir apibūdino MCR aktyvinimo kompleksą iš Methanococcus maripaludis. Jis taip pat nustatė reikšmingą mažo baltymo, vadinamo McrC, kuris aktyvuoja MCR nuo ATP priklausomame procese, įtaką. Šis atradimas pagilina mūsų supratimą apie molekulinius mechanizmus, kuriais grindžiama metano gamyba.

MCR vaidmuo metanogenezėje

MCR katalizuoja paskutinį metanogenezės etapą ir taip pat atlieka lemiamą vaidmenį anaerobinėje metano oksidacijoje. MCR struktūrą sudaro unikalus nikelio tetrahidrokorfinoidas, dar žinomas kaip kofermentas F430, ir įvairios neįprastos post-transliacinės modifikacijos (PTM). Šios modifikacijos yra labai svarbios fermento, kuris atsiranda metanogeninėse archejose kaip du izofermentai (MCRI ir MCRII), funkcijai. Methanococcales buvo nustatytas naujas tipas MCRIII. Tačiau iki šiol buvo atlikta nedaug šių modifikacijų tyrimų. Paryškinta išsamioje dabartinių žinių apie MCR ir jo PTM apžvalgoje PMCID kad norint geriau suprasti PTM funkcijas ir jų įtaką MCR veiklai ir stabilumui, reikalingi būsimi tyrimai.

Aktyvioje MCR vietoje yra kofermento F430, kurio nikelio jonai katalizuoja būtinas redokso reakcijas esant Ni(1+) oksidacijos būsenai. Reakcijos mechanizmai aktyvioje vietoje apima du substratus ir gamina metaną bei kitus produktus, tiriami trys galimi šios reakcijos mechanizmai. Šios išvados yra svarbios ne tik atliekant fundamentinius tyrimus, bet ir kuriant naujas technologijas energijai gaminti iš biologinių šaltinių.

Trijų specializuotų metalų kompleksų, reikalingų MCR aktyvinimo mechanizmui, atradimas rodo paraleles su katalizatoriais, esančiais azotoje. Šių sistemų panašumas rodo, kad gali būti bendra evoliucinė kilmė, išryškinanti bendrą biologinių katalizatorių sudėtingumą ir pritaikomumą. Todėl daktaras Lorentas ragina intensyvinti natūralių energijos gamybos ir klimato apsaugos katalizatorių tyrimus.