Doorbraak in microbieel onderzoek: methylco-enzym M-reductase gedecodeerd!

Doorbraak in microbieel onderzoek: methylco-enzym M-reductase gedecodeerd!

Onderzoekers van het Centrum voor Synthetische Microbiologie (SYNMIKRO) van de Philipps Universiteit van Marburg en de Universiteit van Potsdam hebben een belangrijke doorbraak bereikt in het begrip van methylco-enzym M-reductase (MCR). Deze enzymatische activiteit is verantwoordelijk voor bijna alle biologische methaanproductie en is een van de meest voorkomende enzymen op onze planeet. De resultaten van het onderzoek, gepubliceerd op 17 april 2025, laten zien dat er een evolutionair verband bestaat tussen de productie van methaan en de stikstoffixatie, wat diepgaande implicaties zou kunnen hebben voor ons begrip van biologische processen en hun toepassing in de productie van duurzame energie. Universiteit van Potsdam rapporteert dat methaan (CH4) een krachtig broeikasgas is waarvan de biologische omzetting van CO2 in methaan wordt beschouwd als een potentiële hernieuwbare energiebron.

De inzichten uit dit onderzoek kunnen aanzienlijke vooruitgang op het gebied van duurzame energietechnologieën en milieubescherming ondersteunen. De MCR speelt hierbij een sleutelrol: deze bevat F430, een uniek nikkelcomplex waarvan de reductie een van de meest complexe redoxreacties in de natuur is. Het onderzoeksteam isoleerde en karakteriseerde het MCR-activeringscomplex uit het modelarchaeonMethanococcus maripaludis, een soort die al miljarden jaren bestaat en jaarlijks tot een miljard ton methaan produceert.

Structuur en functie van de MCR

MCR is een dimmer van heterotrimeren gecodeerd door genenmcrABGen vereist dat het co-enzym F430, een nikkelbevattende tetrapyrrool, functioneert. Dit enzym katalyseert de laatste stap van methaanvorming in methanogenen en de eerste stap van methaanactivering in anaërobe methanotrofe archaea (ANME). De structuur van de MCR, bestaande uit drie subeenheden in een specifieke α2β2γ2-configuratie, heeft twee actieve plaatsen die F430 bevatten. Deze geweldige kans om MCR te benutten zou een positieve impact kunnen hebben op de ontwikkeling van biokatalytische systemen voor de productie en conversie van methaan. PMC benadrukt dat de onderzoeken beperkt zijn omdat MCR vanwege de complexiteit ervan geavanceerde in vitro-experimenten vereist. Het is daarom van cruciaal belang om natieve enzymen en nieuwe recombinante methoden te gebruiken om een ​​beter begrip van MCR's te krijgen.

Bovendien laten de nieuwe gegevens zien dat het MCR-activeringscomplex bestaat uit drie zeer gespecialiseerde redox-cofactoren, die voorheen alleen bekend waren in stikstofase. Deze cofactoren bevatten ijzer en zwavel, wat de evolutionaire relatie tussen deze systemen benadrukt en de theorie ondersteunt dat methanogenese een heel oud biologisch proces is dat dateert van vóór de fotosynthese.

Context van methanogenese

Methanogene archaea opereren in verschillende anaërobe omgevingen en zijn verantwoordelijk voor de productie van aanzienlijke hoeveelheden methaan. Gezien de rol van methaan als krachtig broeikasgas is het van groot belang om strategieën te ontwikkelen om de uitstoot te verminderen. ANME kan, in samenwerking met sulfaatreducerende bacteriën, methaan anaëroob oxideren en is een voorbeeld van de complexiteit van genetische aanpassingen die in de natuur voorkomen.

Het begrijpen van de mechanismen achter methanogenese zou ook biotechnologische toepassingen kunnen bevorderen om de uitstoot van methaangas te verminderen. Het nieuwe onderzoek naar MCR is niet alleen van academisch belang, maar heeft ook verstrekkende gevolgen voor de ontwikkeling van duurzame energieproductiesystemen en milieu- en klimaatbescherming.