Пробив в изследването на метана: Екипът от Марбург декодира ключови ензими

Пробив в изследването на метана: Екипът от Марбург декодира ключови ензими

На 16 април 2025 г. изследователски екип от Philipps University Marburg постигна обещаващ пробив в изследването на метана. Констатациите, публикувани в реномираното изследователско списание Природата, се фокусират върху активирането на метил коензим М редуктаза (MCR), централен ензим в биологичното производство на метан. Метанът (CH4) има потенциал за глобално затопляне многократно по-висок от въглеродния диоксид (CO2) и следователно представлява значително предизвикателство в борбата срещу изменението на климата.

За първи път изследователите успяха да изолират и характеризират комплекса за активиране на MCR от метаногенен модел на организъм. Този процес изисква малък протеин, известен като McrC, както и специфични метаногенни маркерни протеини (MMPs) и ATPase. Активирането на MCR се управлява от осигуряването на енергия под формата на АТФ. Досега не беше ясно как точно работи този механизъм, особено поради предизвикателството, свързано с атома на никела в кофактора F430.

Развитие на биохимичното производство на метан

Изследователите идентифицираха три специализирани метални съединения, наречени L-клъстери, използвайки криоелектронна микроскопия. Тези L-клъстери, които преди това бяха подозирани само във връзка с нитрогеназите, показват интересна връзка между производството на метан и фиксирането на азот. Този напредък може да има важни последици за регулирането на емисиите на метан и разбирането на биогеохимичните цикли.

Резултатите от изследването се разглеждат като крайъгълен камък в изследването на биохимичните процеси. Проф. д-р Герт Банге, водещ учен в университета в Марбург, подчертава отличните постижения на университета в микробиологията и климатичните изследвания и подчертава перспективите, които новите открития предлагат за климатичните изследвания и еволюционната биология. Оригиналната публикация за това е под DOI: 10.1038/s41586-025-08890-7 за намиране.

Връзка между метаногени и микроби

Констатациите относно MCR са особено подходящи, защото трябва да се разглеждат в контекста на предишни изследвания. Например, Ueno et al. (2006) микробната метаногенеза в ранната архейска ера. Wolfe и Fournier (2018) също анализират как хоризонталният генен трансфер е повлиял на еволюцията на метаногените. Работата на Thauer и други (2008; 2019) показва как се подчертават екологичните различия в производството на енергия и ролята на метил-коензим М редуктазите в анаеробното образуване на метан.

Институтът по биофизика Макс Планк и Институтът по земна микробиология Макс Планк в Марбург също допринасят за тази област на знанието, като изучават производството на метан от архебактерии в среда без кислород. Тези архебактерии са активни в различни местообитания като оризови полета, тресавища и стомаси на крави и играят съществена роля в биологичното образуване на метан.

Чрез по-задълбочено познаване на ензимните структури, особено на никел-желязните хидрогенази, които са от решаващо значение за образуването на метан, могат да бъдат разработени бъдещи технически приложения в производството на водород. Тези ензими могат да бъдат оптимизирани, за да повишат тяхната стабилност спрямо кислорода и по този начин да отворят нови възможности за производство на енергия.

Следователно настоящите изследвания обещават не само по-добро разбиране на биологичното производство на метан, но и подходи за борба с климатичните предизвикателства чрез подобрени технологии.