Läbimurre mikroobiuuringutes: metüülkoensüümi M reduktaas dekodeeritud!

Läbimurre mikroobiuuringutes: metüülkoensüümi M reduktaas dekodeeritud!

Marburgi Philippsi ülikooli ja Potsdami ülikooli sünteetilise mikrobioloogia keskuse (SYNMIKRO) teadlased on saavutanud olulise läbimurde metüülkoensüümi M-reduktaasi (MCR) mõistmisel. See ensümaatiline aktiivsus vastutab peaaegu kogu bioloogilise metaani tootmise eest ja on üks levinumaid ensüüme meie planeedil. 17. aprillil 2025 avaldatud uuringu tulemused näitavad, et metaani tootmise ja lämmastiku sidumise vahel on evolutsiooniline seos, millel võib olla sügav mõju meie arusaamisele bioloogilistest protsessidest ja nende rakendamisest säästvas energiatootmises. Potsdami ülikool teatab, et metaan (CH4) on tugev kasvuhoonegaas, mille CO2 bioloogilist muundamist metaaniks peetakse potentsiaalseks taastuvaks energiaallikaks.

Sellest uuringust saadud arusaamad võivad toetada olulisi edusamme säästva energiatehnoloogia ja keskkonnakaitse vallas. MCR mängib siin võtmerolli: see sisaldab F430, ainulaadset niklikompleksi, mille redutseerimine on looduses üks keerulisemaid redoksreaktsioone. Uurimisrühm eraldas ja iseloomustas mudeliarheonist MCR-i aktiveerimiskompleksiMethanococcus maripaludisliik, mis on eksisteerinud miljardeid aastaid ja toodab aastas kuni miljard tonni metaani.

MCR-i struktuur ja funktsioon

MCR on geenide poolt kodeeritud heterotrimeeride dimmermcrABGja selle toimimiseks on vaja koensüümi F430, niklit sisaldavat tetrapürrooli. See ensüüm katalüüsib metaani moodustumise viimast etappi metanogeenides ja metaani aktiveerimise esimest etappi anaeroobsetes metanotroofsetes arheides (ANME). MCR-i struktuuril, mis koosneb kolmest spetsiifilises α2β2γ2 konfiguratsioonis olevast alaühikust, on kaks aktiivset saiti, mis sisaldavad F430. Sellel tohutul võimalusel kasutada MCR-i võib olla positiivne mõju metaani tootmiseks ja muundamiseks mõeldud biokatalüütiliste süsteemide väljatöötamisele. PMC rõhutab, et uuringud on piiratud, kuna MCR nõuab selle keerukuse tõttu keerukaid in vitro katseid. Seetõttu on MCR-ide paremaks mõistmiseks ülioluline kasutada natiivseid ensüüme ja uudseid rekombinantseid meetodeid.

Lisaks näitavad uued andmed, et MCR-i aktiveerimiskompleks koosneb kolmest väga spetsiifilisest redoks-kofaktorist, mis olid varem teada ainult lämmastikuga. Need kofaktorid sisaldavad rauda ja väävlit, rõhutades nende süsteemide vahelist evolutsioonilist seost ja toetades teooriat, et metanogenees on väga iidne bioloogiline protsess, mis eelnes fotosünteesile.

Metanogeneesi kontekst

Metanogeensed arheed tegutsevad erinevates anaeroobsetes keskkondades ja vastutavad märkimisväärses koguses metaani tootmise eest. Arvestades metaani rolli tugeva kasvuhoonegaasina, on väga oluline töötada välja strateegiad heitkoguste vähendamiseks. ANME, mis töötab koos sulfaate redutseerivate bakteritega, võib metaani anaeroobselt oksüdeerida ja on näide looduses esinevate geneetiliste kohanemiste keerukusest.

Metanogeneesi taga olevate mehhanismide mõistmine võib samuti edendada biotehnoloogilisi rakendusi metaaniheitmete vähendamiseks. Uus MCR-alane uurimus ei paku mitte ainult akadeemilist huvi, vaid sellel on ka kaugeleulatuv mõju säästvate energiatootmissüsteemide arendamisele ning keskkonna- ja kliimakaitsele.