Läpimurto metaanitutkimuksessa: Marburgin tiimi purkaa avainentsyymejä

Läpimurto metaanitutkimuksessa: Marburgin tiimi purkaa avainentsyymejä

16. huhtikuuta 2025 Philipps University Marburgin tutkimusryhmä saavutti lupaavan läpimurron metaanitutkimuksessa. Tulokset julkaistiin tunnetussa tutkimuslehdessä Luonto, keskittyy metyylikoentsyymi M-reduktaasin (MCR) aktivointiin, joka on keskeinen entsyymi biologisessa metaanin tuotannossa. Metaanilla (CH4) on monta kertaa suurempi ilmaston lämpenemispotentiaali kuin hiilidioksidilla (CO2), ja siksi se on merkittävä haaste ilmastonmuutoksen torjunnassa.

Ensimmäistä kertaa tutkijat pystyivät eristämään ja karakterisoimaan MCR-aktivaatiokompleksin metanogeenisesta malliorganismista. Tämä prosessi vaatii pienen proteiinin, joka tunnetaan nimellä McrC, sekä spesifisiä metanogeenisiä markkeriproteiineja (MMP:t) ja ATPaasin. MCR:n aktivointi ohjataan antamalla energiaa ATP:n muodossa. Tähän asti oli epäselvää, kuinka tämä mekanismi toimii, erityisesti kofaktorin F430 nikkeliatomiin liittyvän haasteen vuoksi.

Biokemiallisen metaanin tuotannon kehitys

Tutkijat tunnistivat kolme erikoistunutta metalliyhdistettä, nimeltään L-klusterit, käyttämällä kryoelektronimikroskooppia. Nämä L-klusterit, joita aiemmin epäiltiin vain typpigenaasien yhteydessä, osoittavat mielenkiintoisen yhteyden metaanin tuotannon ja typen sitoutumisen välillä. Tällä edistyksellä voi olla merkittäviä vaikutuksia metaanipäästöjen säätelyyn ja biogeokemiallisten syklien ymmärtämiseen.

Tutkimuksen tulokset nähdään virstanpylväsnä biokemiallisten prosessien tutkimuksessa. Marburgin yliopiston johtava tutkija, professori tohtori Gert Bange korostaa yliopiston huippuosaamista mikrobiologiassa ja ilmastotutkimuksessa ja korostaa uusien löydösten tarjoamia näkökulmia ilmastotutkimukselle ja evoluutiobiologialle. Alkuperäinen julkaisu tästä on DOI:n alla: 10.1038/s41586-025-08890-7 löytää.

Yhteys metanogeenien ja mikrobien välillä

MCR-havainnot ovat erityisen tärkeitä, koska niitä on tarkasteltava aikaisemman tutkimuksen yhteydessä. Esimerkiksi Ueno et ai. (2006) mikrobien metanogeneesi varhaisen arkealaisen aikakauden aikana. Wolfe ja Fournier (2018) analysoivat myös, kuinka horisontaalinen geeninsiirto on vaikuttanut metanogeenien evoluutioon. Thauerin ja muiden (2008; 2019) työ osoittaa, kuinka energiantuotannon ekologiset erot ja metyyli-koentsyymi M-reduktaasien rooli anaerobisessa metaanin muodostumisessa korostuvat.

Max Planck Institute for Biophysics ja Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology Marburgissa myös edistävät tätä tietämystä tutkimalla arkebakteerien metaanin tuotantoa hapettomissa ympäristöissä. Nämä arkebakteerit ovat aktiivisia erilaisissa elinympäristöissä, kuten riisipelloilla, nummilla ja lehmän mahassa, ja niillä on olennainen rooli biologisessa metaanin muodostumisessa.

Syvemmän tietämyksen avulla entsyymirakenteista, erityisesti nikkeli-rautahydrogenaaseista, jotka ovat ratkaisevan tärkeitä metaanin muodostukselle, voidaan kehittää tulevaisuuden teknisiä sovelluksia vedyn tuotannossa. Näitä entsyymejä voitaisiin optimoida lisäämään niiden stabiilisuutta happea kohtaan ja siten avaamaan uusia mahdollisuuksia energian tuotantoon.

Tämän vuoksi nykyinen tutkimus lupaa biologisen metaanin tuotannon parempaa ymmärtämistä, mutta myös lähestymistapoja ilmastohaasteiden torjumiseen parannetun tekniikan avulla.