Průlom v mikrobiálním výzkumu: Methylkoenzym M reduktáza dekódována!

Průlom v mikrobiálním výzkumu: Methylkoenzym M reduktáza dekódována!

Výzkumníci z Centra pro syntetickou mikrobiologii (SYNMIKRO) na Philipps University of Marburg a University of Potsdam dosáhli významného průlomu v chápání methylkoenzymu M reduktázy (MCR). Tato enzymatická aktivita je zodpovědná za téměř veškerou biologickou produkci metanu a je jedním z nejběžnějších enzymů na naší planetě. Výsledky studie zveřejněné 17. dubna 2025 ukazují, že existuje evoluční souvislost mezi produkcí metanu a fixací dusíku, což by mohlo mít hluboké důsledky pro naše chápání biologických procesů a jejich aplikace v udržitelné výrobě energie. Univerzita v Postupimi uvádí, že metan (CH4) je silný skleníkový plyn, jehož biologická přeměna CO2 na metan je považována za potenciální obnovitelný zdroj energie.

Poznatky získané z tohoto výzkumu by mohly podpořit významný pokrok v technologiích udržitelné energie a ochraně životního prostředí. MCR zde hraje klíčovou roli: obsahuje F430, unikátní komplex niklu, jehož redukce je jednou z nejsložitějších redoxních reakcí v přírodě. Výzkumný tým izoloval a charakterizoval aktivační komplex MCR z modelového archaeonuMethanococcus maripaludis, druh, který existuje miliardy let a ročně produkuje až miliardu tun metanu.

Struktura a funkce MCR

MCR je stmívač heterotrimerů kódovaných genymcrABGa ke svému fungování vyžaduje koenzym F430, tetrapyrrol obsahující nikl. Tento enzym katalyzuje poslední krok tvorby metanu v metanogenech a první krok aktivace metanu u anaerobních metanotrofních archae (ANME). Struktura MCR, sestávající ze tří podjednotek ve specifické konfiguraci α2β2γ2, má dvě aktivní místa obsahující F430. Tato obrovská příležitost k využití MCR by mohla mít pozitivní dopad na vývoj biokatalytických systémů pro výrobu a konverzi metanu. PMC zdůrazňuje, že studie jsou omezené, protože MCR vyžaduje sofistikované experimenty in vitro kvůli své složitosti. K lepšímu pochopení MCR je proto klíčové využít nativní enzymy a nové rekombinantní metody.

Nová data navíc ukazují, že aktivační komplex MCR se skládá ze tří vysoce specializovaných redoxních kofaktorů, které byly dříve známy pouze u dusíkatých látek. Tyto kofaktory obsahují železo a síru, což zdůrazňuje evoluční vztah mezi těmito systémy a podporuje teorii, že metanogeneze je velmi starý biologický proces, který předcházel fotosyntéze.

Kontext metanogeneze

Metanogenní archaea působí v různých anaerobních prostředích a jsou zodpovědné za produkci značného množství metanu. Vzhledem k úloze metanu jako silného skleníkového plynu je velmi důležité vyvinout strategie ke snížení emisí. ANME, pracující ve spojení s bakteriemi redukujícími sírany, mohou oxidovat metan anaerobně a jsou příkladem složitosti genetických adaptací, které se vyskytují v přírodě.

Pochopení mechanismů metanogeneze by také mohlo podpořit biotechnologické aplikace ke snížení emisí metanu. Nový výzkum MCR je nejen v akademickém zájmu, ale má také dalekosáhlé důsledky pro rozvoj systémů udržitelné výroby energie a ochrany životního prostředí a klimatu.