Läbimurre metaaniuuringutes: Marburgi meeskond dekodeerib võtmeensüüme

Läbimurre metaaniuuringutes: Marburgi meeskond dekodeerib võtmeensüüme

16. aprillil 2025 saavutas Philippsi ülikooli Marburgi uurimisrühm paljulubava läbimurde metaaniuuringutes. Tulemused avaldati tunnustatud teadusajakirjas Loodus, keskendub bioloogilise metaani tootmise keskse ensüümi metüülkoensüümi M reduktaasi (MCR) aktiveerimisele. Metaanil (CH4) on globaalset soojenemist põhjustav potentsiaal mitu korda suurem kui süsinikdioksiidil (CO2) ja seetõttu on see kliimamuutuse vastases võitluses oluline väljakutse.

Esimest korda suutsid teadlased isoleerida ja iseloomustada MCR-i aktiveerimiskompleksi metanogeensest mudelorganismist. See protsess nõuab väikest valku, mida nimetatakse McrC-ks, samuti spetsiifilisi metanogeenseid markervalke (MMP) ja ATPaasi. MCR-i aktiveerimist korraldab energia tarnimine ATP kujul. Seni oli ebaselge, kuidas see mehhanism täpselt töötab, eriti kofaktori F430 nikli aatomiga seotud väljakutse tõttu.

Biokeemilise metaani tootmise arengud

Teadlased tuvastasid krüoelektronmikroskoopia abil kolm spetsiaalset metalliühendit, mida nimetatakse L-klastriteks. Need L-klastrid, mida varem kahtlustati ainult seoses lämmastikuga, näitavad huvitavat seost metaani tootmise ja lämmastiku sidumise vahel. Sellel edasiminekul võib olla oluline mõju metaani heitkoguste reguleerimisele ja biogeokeemiliste tsüklite mõistmisele.

Uuringu tulemusi nähakse biokeemiliste protsesside uurimise verstapostina. Marburgi ülikooli juhtivteadlane prof dr Gert Bange tõstab esile ülikooli tipptaset mikrobioloogia ja kliimauuringute vallas ning rõhutab väljavaateid, mida uued leiud pakuvad kliimauuringutele ja evolutsioonibioloogiale. Algne väljaanne selle kohta on DOI all: 10.1038/s41586-025-08890-7 leida.

Seos metanogeenide ja mikroobide vahel

MCR-i tulemused on eriti olulised, kuna neid tuleb arvestada varasemate uuringute kontekstis. Näiteks Ueno et al. (2006) mikroobide metanogenees varajases arheaajastul. Wolfe ja Fournier (2018) analüüsivad ka seda, kuidas horisontaalne geeniülekanne on mõjutanud metanogeenide evolutsiooni. Thaueri jt (2008; 2019) töö näitab, kuidas tuuakse esile ökoloogilised erinevused energiatootmises ja metüül-koensüüm M reduktaaside roll anaeroobse metaani moodustumisel.

Max Plancki Biofüüsika Instituut ja Max Plancki Maapealse Mikrobioloogia Instituut Marburgis annavad oma panuse ka sellesse teadmiste valdkonda, uurides hapnikuvabas keskkonnas arhebakterite poolt tekitatavat metaani. Need arhebakterid on aktiivsed erinevates elupaikades, nagu riisipõllud, nõmmed ja lehmamaod, ning mängivad olulist rolli bioloogilises metaani moodustumisel.

Sügavamate teadmiste kaudu ensüümistruktuuride, eriti nikkel-raud hüdrogenaaside kohta, mis on metaani moodustumise jaoks üliolulised, saab arendada tulevasi tehnilisi rakendusi vesiniku tootmisel. Neid ensüüme saab optimeerida, et suurendada nende stabiilsust hapniku suhtes ja seega avada uusi võimalusi energia tootmiseks.

Seetõttu ei luba praegused uuringud mitte ainult bioloogilise metaani tootmise paremat mõistmist, vaid ka lähenemisviise kliimaprobleemidega võitlemiseks täiustatud tehnoloogiate abil.