Preboj v raziskavah mikrobov: Dekodirana metil koencim M reduktaza!

Preboj v raziskavah mikrobov: Dekodirana metil koencim M reduktaza!

Raziskovalci Centra za sintetično mikrobiologijo (SYNMIKRO) na Philippsovi univerzi v Marburgu in Univerzi v Potsdamu so dosegli pomemben preboj v razumevanju metil koencim M reduktaze (MCR). Ta encimska aktivnost je odgovorna za skoraj celotno biološko proizvodnjo metana in je eden najpogostejših encimov na našem planetu. Rezultati študije, objavljeni 17. aprila 2025, kažejo, da obstaja evolucijska povezava med proizvodnjo metana in fiksacijo dušika, kar bi lahko imelo globoke posledice za naše razumevanje bioloških procesov in njihove uporabe pri trajnostni proizvodnji energije. Univerza v Potsdamu poroča, da je metan (CH4) močan toplogredni plin, katerega biološka pretvorba CO2 v metan velja za potencialni obnovljivi vir energije.

Spoznanja, pridobljena s to raziskavo, bi lahko podprla pomemben napredek na področju trajnostnih energetskih tehnologij in varstva okolja. MCR ima pri tem ključno vlogo: vsebuje F430, edinstven kompleks niklja, katerega redukcija je ena najkompleksnejših redoks reakcij v naravi. Raziskovalna skupina je iz modelnega arheona izolirala in karakterizirala aktivacijski kompleks MCRMethanococcus maripaludis, vrsta, ki obstaja že milijarde let in letno proizvede do milijardo ton metana.

Zgradba in funkcija MCR

MCR je dimmer heterotrimerjev, kodiranih z genimcrABG, in za delovanje potrebuje koencim F430, tetrapirol, ki vsebuje nikelj. Ta encim katalizira zadnjo stopnjo tvorbe metana v metanogenih in prvo stopnjo aktivacije metana v anaerobnih metanotrofnih arhejah (ANME). Struktura MCR, sestavljena iz treh podenot v specifični konfiguraciji α2β2γ2, ima dve aktivni mesti, ki vsebujeta F430. Ta izjemna priložnost za izkoriščanje MCR bi lahko pozitivno vplivala na razvoj biokatalitskih sistemov za proizvodnjo in pretvorbo metana. PMC poudarja, da so študije omejene, ker MCR zaradi svoje kompleksnosti zahteva sofisticirane poskuse in vitro. Zato je ključnega pomena uporaba nativnih encimov in novih rekombinantnih metod za boljše razumevanje MCR.

Poleg tega novi podatki kažejo, da je aktivacijski kompleks MCR sestavljen iz treh visoko specializiranih redoks kofaktorjev, ki so bili prej znani le v nitrogenazi. Ti kofaktorji vsebujejo železo in žveplo, kar poudarja evolucijsko razmerje med tema sistemoma in podpira teorijo, da je metanogeneza zelo star biološki proces, ki je bil pred fotosintezo.

Kontekst metanogeneze

Metanogene arheje delujejo v različnih anaerobnih okoljih in so odgovorne za proizvodnjo znatnih količin metana. Glede na vlogo metana kot močnega toplogrednega plina je zelo pomembno razviti strategije za zmanjšanje emisij. ANME, ki deluje v povezavi z bakterijami, ki reducirajo sulfate, lahko anaerobno oksidira metan in je primer zapletenosti genetskih prilagoditev, ki se pojavljajo v naravi.

Razumevanje mehanizmov za metanogenezo bi lahko spodbudilo tudi biotehnološke aplikacije za zmanjšanje emisij metana. Nova raziskava o MCR ni le akademskega pomena, ampak ima tudi daljnosežne posledice za razvoj sistemov za trajnostno proizvodnjo energije ter varstvo okolja in podnebja.