Przełom w badaniach nad metanem: zespół z Marburga dekoduje kluczowe enzymy

Przełom w badaniach nad metanem: zespół z Marburga dekoduje kluczowe enzymy

16 kwietnia 2025 r. zespół badawczy z Uniwersytetu Philipps w Marburgu dokonał obiecującego przełomu w badaniach metanu. Wyniki opublikowano w renomowanym czasopiśmie naukowym Natura skupiają się na aktywacji reduktazy metylokoenzymu M (MCR), głównego enzymu biorącego udział w biologicznej produkcji metanu. Metan (CH4) ma współczynnik ocieplenia globalnego wielokrotnie wyższy niż dwutlenek węgla (CO2), dlatego stanowi istotne wyzwanie w walce ze zmianami klimatycznymi.

Po raz pierwszy naukowcom udało się wyizolować i scharakteryzować kompleks aktywacyjny MCR z metanogennego organizmu modelowego. Proces ten wymaga małego białka znanego jako McrC, a także specyficznych białek markerowych metanogennych (MMP) i ATPazy. Aktywacja MCR odbywa się poprzez dostarczenie energii w postaci ATP. Do tej pory nie było jasne, jak dokładnie działa ten mechanizm, szczególnie ze względu na wyzwanie związane z atomem niklu w kofaktorze F430.

Rozwój biochemicznej produkcji metanu

Za pomocą mikroskopii krioelektronowej badacze zidentyfikowali trzy wyspecjalizowane związki metali, zwane klastrami L. Te klastry L, które wcześniej podejrzewano jedynie w związku z azotazami, wykazują interesujący związek między produkcją metanu a wiązaniem azotu. Postęp ten może mieć ważne implikacje dla regulacji emisji metanu i zrozumienia cykli biogeochemicznych.

Wyniki badania uznawane są za kamień milowy w badaniach nad procesami biochemicznymi. Prof. dr Gert Bange, czołowy naukowiec z Uniwersytetu w Marburgu, podkreśla doskonałość uniwersytetu w mikrobiologii i badaniach nad klimatem oraz perspektywy, jakie nowe odkrycia oferują dla badań nad klimatem i biologią ewolucyjną. Oryginalna publikacja na ten temat znajduje się pod DOI: 10.1038/s41586-025-08890-7 znaleźć.

Związek między metanogenami i drobnoustrojami

Ustalenia dotyczące MCR są szczególnie istotne, ponieważ należy je rozpatrywać w kontekście wcześniejszych badań. Na przykład Ueno i in. (2006) metanogeneza drobnoustrojów we wczesnej erze archaiku. Wolfe i Fournier (2018) analizują również, jak poziomy transfer genów wpłynął na ewolucję metanogenów. Prace Thauera i innych (2008; 2019) pokazują, jak uwypuklono ekologiczne różnice w produkcji energii i rolę reduktaz metylokoenzymu M w beztlenowym tworzeniu metanu.

Instytut Biofizyki Maxa Plancka i Instytut Mikrobiologii Lądowej Maxa Plancka w Marburgu również wnoszą wkład w tę dziedzinę wiedzy, badając produkcję metanu przez archebakterie w środowiskach beztlenowych. Te archaebakterie są aktywne w różnych siedliskach, takich jak pola ryżowe, wrzosowiska i żołądki krów, i odgrywają zasadniczą rolę w biologicznym tworzeniu metanu.

Dzięki głębszej wiedzy na temat struktur enzymów, zwłaszcza wodoraz niklowo-żelazowych, które mają kluczowe znaczenie dla powstawania metanu, można opracować przyszłe zastosowania techniczne w produkcji wodoru. Enzymy te można zoptymalizować w celu zwiększenia ich stabilności w stosunku do tlenu, a tym samym otworzyć nowe możliwości produkcji energii.

Obecne badania obiecują zatem nie tylko lepsze zrozumienie biologicznej produkcji metanu, ale także podejście do zwalczania wyzwań klimatycznych poprzez ulepszone technologie.