Prelom vo výskume metánu: Tím Marburg dekóduje kľúčové enzýmy

Prelom vo výskume metánu: Tím Marburg dekóduje kľúčové enzýmy

Výskumný tím z Philipps University Marburg dosiahol 16. apríla 2025 sľubný prelom vo výskume metánu. Zistenia zverejnené v renomovanom výskumnom časopise Príroda sa zameriavajú na aktiváciu metylkoenzýmu M reduktázy (MCR), centrálneho enzýmu pri biologickej produkcii metánu. Metán (CH4) má potenciál globálneho otepľovania mnohonásobne vyšší ako oxid uhličitý (CO2), a preto predstavuje významnú výzvu v boji proti klimatickým zmenám.

Prvýkrát sa vedcom podarilo izolovať a charakterizovať aktivačný komplex MCR z metanogénneho modelového organizmu. Tento proces vyžaduje malý proteín známy ako McrC, ako aj špecifické metanogénne markerové proteíny (MMP) a ATPázu. Aktivácia MCR je riadená poskytovaním energie vo forme ATP. Doteraz nebolo jasné, ako presne tento mechanizmus funguje, najmä kvôli výzve spojenej s atómom niklu v kofaktore F430.

Vývoj biochemickej výroby metánu

Vedci pomocou kryoelektrónovej mikroskopie identifikovali tri špecializované kovové zlúčeniny, nazývané L-klastre. Tieto L-klastre, ktoré boli predtým len podozrivé v súvislosti s dusíkatými látkami, vykazujú zaujímavú súvislosť medzi produkciou metánu a fixáciou dusíka. Tento pokrok by mohol mať dôležité dôsledky na reguláciu emisií metánu a pochopenie biogeochemických cyklov.

Výsledky štúdie sa považujú za míľnik vo výskume biochemických procesov. Prof. Dr. Gert Bange, popredný vedec na Univerzite v Marburgu, vyzdvihuje excelentnosť univerzity v mikrobiológii a výskume klímy a zdôrazňuje perspektívy, ktoré nové zistenia ponúkajú pre výskum klímy a evolučnú biológiu. Pôvodná publikácia o tomto je pod DOI: 10.1038/s41586-025-08890-7 nájsť.

Spojenie medzi metanogénmi a mikróbmi

Zistenia o MCR sú obzvlášť dôležité, pretože sa musia zvážiť v kontexte predchádzajúceho výskumu. Napríklad Ueno a kol. (2006) mikrobiálna metanogenéza v ranej archaeánskej ére. Wolfe a Fournier (2018) tiež analyzujú, ako horizontálny prenos génov ovplyvnil vývoj metanogénov. Práca Thauera a ďalších (2008; 2019) ukazuje, ako sa zdôrazňujú ekologické rozdiely vo výrobe energie a úloha metyl-koenzýmových M reduktáz pri anaeróbnej tvorbe metánu.

Inštitút Maxa Plancka pre biofyziku a Inštitút Maxa Plancka pre suchozemskú mikrobiológiu v Marburgu tiež prispievajú k tejto oblasti vedomostí štúdiom produkcie metánu archaebaktériami v prostredí bez kyslíka. Tieto archebaktérie sú aktívne v rôznych biotopoch, ako sú ryžové polia, vresoviská a kravské žalúdky, a zohrávajú zásadnú úlohu pri biologickej tvorbe metánu.

Vďaka hlbšiemu poznaniu štruktúr enzýmov, najmä nikel-železných hydrogenáz, ktoré sú kľúčové pre tvorbu metánu, by sa mohli vyvinúť budúce technické aplikácie vo výrobe vodíka. Tieto enzýmy by mohli byť optimalizované, aby sa zvýšila ich stabilita voči kyslíku a otvorili sa tak nové možnosti výroby energie.

Súčasný výskum preto sľubuje nielen lepšie pochopenie biologickej produkcie metánu, ale aj prístupy k boju proti klimatickým výzvam prostredníctvom vylepšených technológií.