Izrāviens mikrobu pētījumos: atšifrēta metilkoenzīma M reduktāze!

Izrāviens mikrobu pētījumos: atšifrēta metilkoenzīma M reduktāze!

Pētnieki Sintētiskās mikrobioloģijas centrā (SYNMIKRO) Marburgas Filipsas Universitātē un Potsdamas Universitātē ir panākuši ievērojamu izrāvienu izpratnē par metilkoenzīma M reduktāzi (MCR). Šī fermentatīvā aktivitāte ir atbildīga par gandrīz visu bioloģiskā metāna ražošanu un ir viens no visizplatītākajiem enzīmiem uz mūsu planētas. Pētījuma rezultāti, kas publicēti 2025. gada 17. aprīlī, liecina, ka pastāv evolucionāra saikne starp metāna ražošanu un slāpekļa piesaisti, kas varētu būtiski ietekmēt mūsu izpratni par bioloģiskajiem procesiem un to pielietojumu ilgtspējīgā enerģijas ražošanā. Potsdamas Universitāte ziņo, ka metāns (CH4) ir spēcīga siltumnīcefekta gāze, kuras CO2 bioloģiskā pārvēršana metānā tiek uzskatīta par potenciālu atjaunojamu enerģijas avotu.

Šajā pētījumā gūtās atziņas varētu atbalstīt ievērojamus sasniegumus ilgtspējīgas enerģijas tehnoloģijās un vides aizsardzībā. MCR šeit ir galvenā loma: tas satur F430, unikālu niķeļa kompleksu, kura reducēšana ir viena no vissarežģītākajām redoksreakcijām dabā. Pētnieku komanda izolēja un raksturoja MCR aktivizācijas kompleksu no modeļa arheonaMethanococcus maripaludis, suga, kas pastāv jau miljardiem gadu un ik gadu saražo līdz miljardam tonnu metāna.

MCR struktūra un funkcija

MCR ir gēnu kodētu heterotrimēru dimmersmcrABG, un, lai darbotos, ir nepieciešams koenzīms F430, niķeli saturošs tetrapirols. Šis enzīms katalizē pēdējo metāna veidošanās posmu metanogēnos un pirmo metāna aktivācijas posmu anaerobās metanotrofās arhejās (ANME). MCR struktūrai, kas sastāv no trim apakšvienībām īpašā α2β2γ2 konfigurācijā, ir divas aktīvās vietas, kas satur F430. Šai milzīgajai iespējai izmantot MCR varētu būt pozitīva ietekme uz biokatalītisko sistēmu izstrādi metāna ražošanai un konversijai. PMC uzsver, ka pētījumi ir ierobežoti, jo MCR sarežģītības dēļ ir nepieciešami sarežģīti in vitro eksperimenti. Tāpēc ir ļoti svarīgi izmantot vietējos enzīmus un jaunas rekombinantās metodes, lai labāk izprastu MCR.

Turklāt jaunie dati liecina, ka MCR aktivācijas komplekss sastāv no trim ļoti specializētiem redox kofaktoriem, kas iepriekš bija zināmi tikai slāpekļa gāzē. Šie kofaktori satur dzelzi un sēru, izceļot evolūcijas attiecības starp šīm sistēmām un atbalstot teoriju, ka metanoģenēze ir ļoti sens bioloģisks process, kas bija pirms fotosintēzes.

Metanoģenēzes konteksts

Metanogēnās arhejas darbojas dažādās anaerobās vidēs un ir atbildīgas par ievērojama metāna daudzuma ražošanu. Ņemot vērā metāna kā spēcīgas siltumnīcefekta gāzes lomu, ir ļoti svarīgi izstrādāt stratēģijas emisiju samazināšanai. ANME, strādājot kopā ar sulfātus reducējošajām baktērijām, var anaerobā veidā oksidēt metānu un ir dabā sastopamo ģenētisko adaptāciju sarežģītības piemērs.

Izpratne par metanoģenēzes mehānismiem varētu arī veicināt biotehnoloģiju pielietojumu metāna emisiju samazināšanai. Jaunais pētījums par MCR ir ne tikai akadēmiskas intereses, bet arī tālejošas sekas ilgtspējīgas enerģijas ražošanas sistēmu attīstībā un vides un klimata aizsardzībā.