Průlom ve výzkumu metanu: Tým Marburg dekóduje klíčové enzymy

Průlom ve výzkumu metanu: Tým Marburg dekóduje klíčové enzymy

Dne 16. dubna 2025 dosáhl výzkumný tým z Philipps University Marburg slibný průlom ve výzkumu metanu. Zjištění zveřejněné v renomovaném výzkumném časopise Příroda se zaměřují na aktivaci methylkoenzymu M reduktázy (MCR), centrálního enzymu v biologické produkci metanu. Metan (CH4) má potenciál globálního oteplování mnohonásobně vyšší než oxid uhličitý (CO2), a proto představuje významnou výzvu v boji proti změně klimatu.

Vědci byli poprvé schopni izolovat a charakterizovat aktivační komplex MCR z metanogenního modelového organismu. Tento proces vyžaduje malý protein známý jako McrC, stejně jako specifické metanogenní markerové proteiny (MMP) a ATPázu. Aktivace MCR je řízena poskytováním energie ve formě ATP. Až dosud nebylo jasné, jak přesně tento mechanismus funguje, zejména kvůli výzvě spojené s atomem niklu v kofaktoru F430.

Vývoj biochemické výroby metanu

Vědci pomocí kryo-elektronové mikroskopie identifikovali tři specializované kovové sloučeniny, nazývané L-klastry. Tyto L-klastry, které byly dříve pouze podezřelé v souvislosti s dusíkatými látkami, ukazují zajímavou souvislost mezi produkcí metanu a fixací dusíku. Tento pokrok by mohl mít důležité důsledky pro regulaci emisí metanu a pochopení biogeochemických cyklů.

Výsledky studie jsou považovány za milník ve výzkumu biochemických procesů. Prof. Dr. Gert Bange, přední vědec z univerzity v Marburgu, vyzdvihuje excelenci univerzity v mikrobiologii a výzkumu klimatu a zdůrazňuje perspektivy, které nové poznatky nabízejí pro výzkum klimatu a evoluční biologii. Původní publikace o tomto je pod DOI: 10.1038/s41586-025-08890-7 najít.

Spojení mezi metanogeny a mikroby

Zjištění o MCR jsou zvláště relevantní, protože je třeba je brát v úvahu v kontextu předchozího výzkumu. Například Ueno a kol. (2006) mikrobiální metanogeneze v rané archaické éře. Wolfe a Fournier (2018) také analyzují, jak horizontální přenos genů ovlivnil evoluci metanogenů. Práce Thauera a dalších (2008; 2019) ukazuje, jak jsou zdůrazňovány ekologické rozdíly ve výrobě energie a úloha methyl-koenzym M reduktáz v anaerobní tvorbě metanu.

Institut Maxe Plancka pro biofyziku a Institut Maxe Plancka pro pozemskou mikrobiologii v Marburgu také přispívají k této oblasti znalostí studiem produkce metanu archaebakteriemi v prostředí bez kyslíku. Tyto archebakterie jsou aktivní v různých biotopech, jako jsou rýžová pole, vřesoviště a kravské žaludky, a hrají zásadní roli při biologické tvorbě metanu.

Díky hlubší znalosti struktur enzymů, zejména nikl-železohydrogenáz, které jsou klíčové pro tvorbu metanu, by mohly být vyvinuty budoucí technické aplikace při výrobě vodíku. Tyto enzymy by mohly být optimalizovány, aby se zvýšila jejich stabilita vůči kyslíku a otevřely se tak nové možnosti pro výrobu energie.

Současný výzkum proto slibuje nejen lepší pochopení biologické produkce metanu, ale také přístupy k boji proti klimatickým výzvám prostřednictvím vylepšených technologií.