Áttörés a metánkutatásban: A marburgi csapat dekódolja a kulcsfontosságú enzimeket

Áttörés a metánkutatásban: A marburgi csapat dekódolja a kulcsfontosságú enzimeket

2025. április 16-án a Philipps University Marburg kutatócsoportja ígéretes áttörést ért el a metánkutatás terén. Az eredményeket a neves kutatási magazinban tették közzé Természet, a metil-koenzim M-reduktáz (MCR) aktiválására összpontosít, amely a biológiai metántermelés központi enzime. A metán (CH4) globális felmelegedési potenciálja sokszor nagyobb, mint a szén-dioxid (CO2), ezért jelentős kihívást jelent az éghajlatváltozás elleni küzdelemben.

A kutatóknak most először sikerült izolálniuk és jellemezniük az MCR aktivációs komplexet egy metanogén modellszervezetből. Ehhez a folyamathoz egy McrC néven ismert kis fehérjére, valamint specifikus metanogén markerfehérjékre (MMP) és egy ATPázra van szükség. Az MCR aktiválását az ATP formájában történő energiaellátás irányítja. Eddig nem volt világos, hogy pontosan hogyan működik ez a mechanizmus, különösen az F430 kofaktorban lévő nikkelatommal kapcsolatos kihívás miatt.

A biokémiai metántermelés fejlődése

A kutatók három speciális fémvegyületet, úgynevezett L-klasztert azonosítottak krioelektronmikroszkóppal. Ezek az L-klaszterek, amelyeket korábban csak a nitrogenázokkal kapcsolatban gyanítottak, érdekes összefüggést mutatnak a metántermelés és a nitrogénkötés között. Ez az előrelépés jelentős hatással lehet a metánkibocsátás szabályozására és a biogeokémiai ciklusok megértésére.

A vizsgálat eredményeit mérföldkőnek tekintik a biokémiai folyamatok kutatásában. Prof. Dr. Gert Bange, a Marburgi Egyetem vezető tudósa kiemeli az egyetem kiválóságát a mikrobiológia és az éghajlatkutatás terén, és hangsúlyozza az új eredmények által kínált perspektívákat a klímakutatás és az evolúciós biológia számára. Az erről szóló eredeti kiadvány a DOI alatt található: 10.1038/s41586-025-08890-7 megtalálni.

A metanogének és a mikrobák kapcsolata

Az MCR-re vonatkozó megállapítások különösen fontosak, mert azokat a korábbi kutatások összefüggésében kell figyelembe venni. Például Ueno et al. (2006) a mikrobiális metanogenezis a korai archeus korszakban. Wolfe és Fournier (2018) azt is elemzi, hogy a horizontális géntranszfer hogyan befolyásolta a metanogének evolúcióját. Thauer és mások munkája (2008; 2019) bemutatja, hogy az energiatermelés ökológiai különbségei és a metil-koenzim M-reduktázok szerepe az anaerob metánképződésben hogyan derül ki.

A Max Planck Biofizikai Intézet és a marburgi Max Planck Földi Mikrobiológiai Intézet is hozzájárul ehhez a tudásterülethez azáltal, hogy tanulmányozza az archaebaktériumok metántermelését oxigénmentes környezetben. Ezek az archaebaktériumok különféle élőhelyeken, például rizsföldeken, lápokban és tehéngyomrokban aktívak, és alapvető szerepet játszanak a biológiai metánképződésben.

Az enzimszerkezetek, különösen a nikkel-vas hidrogenázok mélyebb ismerete révén, amelyek kulcsfontosságúak a metán képződésében, a hidrogéntermelés jövőbeni műszaki alkalmazásai is kidolgozhatók. Ezeket az enzimeket úgy lehetne optimalizálni, hogy növeljék oxigénnel szembeni stabilitásukat, és ezáltal új lehetőségek nyíljanak meg az energiatermelésben.

A jelenlegi kutatás nemcsak a biológiai metántermelés jobb megértését ígéri, hanem az éghajlati kihívások leküzdésének megközelítéseit is továbbfejlesztett technológiák révén.