Izrāviens metāna izpētē: Marburgas komanda atšifrē galvenos enzīmus

Izrāviens metāna izpētē: Marburgas komanda atšifrē galvenos enzīmus

2025. gada 16. aprīlī pētnieku grupa no Philipps University Marburg panāca daudzsološu izrāvienu metāna izpētē. Rezultāti publicēti slavenajā pētniecības žurnālā Daba, koncentrējoties uz metilkoenzīma M reduktāzes (MCR) aktivizēšanu, kas ir galvenais enzīms bioloģiskā metāna ražošanā. Metānam (CH4) ir daudzkārt lielāks globālās sasilšanas potenciāls nekā oglekļa dioksīdam (CO2), un tāpēc tas ir nozīmīgs izaicinājums cīņā pret klimata pārmaiņām.

Pirmo reizi pētnieki varēja izolēt un raksturot MCR aktivācijas kompleksu no metanogēna modeļa organisma. Šim procesam ir nepieciešams neliels proteīns, kas pazīstams kā McrC, kā arī specifiski metanogēnie marķieru proteīni (MMP) un ATPāze. MCR aktivizēšana tiek organizēta, nodrošinot enerģiju ATP veidā. Līdz šim nebija skaidrs, kā tieši šis mehānisms darbojas, jo īpaši saistībā ar izaicinājumu, kas saistīts ar niķeļa atomu kofaktorā F430.

Bioķīmiskā metāna ražošanas attīstība

Pētnieki identificēja trīs specializētus metālu savienojumus, ko sauc par L-klasteriem, izmantojot krioelektronu mikroskopiju. Šie L-klasteri, par kuriem iepriekš bija aizdomas tikai saistībā ar nitrogenāzēm, parāda interesantu saikni starp metāna veidošanos un slāpekļa fiksāciju. Šim progresam varētu būt nozīmīga ietekme uz metāna emisiju regulēšanu un bioģeoķīmisko ciklu izpratni.

Pētījuma rezultāti tiek uzskatīti par pagrieziena punktu bioķīmisko procesu izpētē. Marburgas Universitātes vadošais zinātnieks profesors Dr. Gerts Bange izceļ universitātes izcilību mikrobioloģijā un klimata pētniecībā un uzsver perspektīvas, ko jaunie atklājumi piedāvā klimata pētījumiem un evolūcijas bioloģijai. Sākotnējā publikācija par to ir saskaņā ar DOI: 10.1038/s41586-025-08890-7 lai atrastu.

Savienojums starp metanogēniem un mikrobiem

Secinājumi par MCR ir īpaši svarīgi, jo tie ir jāņem vērā iepriekšējo pētījumu kontekstā. Piemēram, Ueno et al. (2006) mikrobu metanoģenēze agrīnā Arhejas laikmetā. Wolfe un Fournier (2018) arī analizē, kā horizontālā gēnu pārnese ir ietekmējusi metanogēnu evolūciju. Thauer un citu (2008; 2019) darbi parāda, kā tiek izceltas ekoloģiskās atšķirības enerģijas ražošanā un metil-koenzīma M reduktāžu loma anaerobā metāna veidošanā.

Maksa Planka Biofizikas institūts un Maksa Planka Sauszemes mikrobioloģijas institūts Mārburgā arī sniedz ieguldījumu šajā zināšanu jomā, pētot arhebaktēriju metāna ražošanu vidē, kurā nav skābekļa. Šīs arhebaktērijas ir aktīvas dažādos biotopos, piemēram, rīsu laukos, purvos un govju kuņģos, un tām ir būtiska loma bioloģiskā metāna veidošanā.

Padziļināti zinot par enzīmu struktūrām, jo ​​īpaši par niķeļa-dzelzs hidrogenāzēm, kurām ir izšķiroša nozīme metāna veidošanā, nākotnē varētu izstrādāt tehniskos pielietojumus ūdeņraža ražošanā. Šos fermentus varētu optimizēt, lai palielinātu to stabilitāti pret skābekli un tādējādi pavērtu jaunas iespējas enerģijas ražošanai.

Pašreizējie pētījumi sola ne tikai labāku izpratni par bioloģiskā metāna ražošanu, bet arī pieejas klimata problēmu apkarošanai, izmantojot uzlabotas tehnoloģijas.