Уровень метана в атмосфере, который, как известно, является мощным парниковым газом, неуклонно растет на протяжении многих лет.
Метаногенные археи - это тип микроорганизмов, которые могут вырабатывать метан при расщеплении материалов в окружающей среде. Считается, что эти микробы производят около 1 миллиарда тонн этого газа каждый год. Мы должны больше узнать о микробных источниках метана и, возможно, о том, как их улавливать и использовать, если мы хотим противостоять проблемам, связанным с изменением климата.
Новое исследование, о котором сообщается в журнале Science, изучило метаногенный цикл этих организмов. Обычно метаногенные археи используют углекислый газ (CO2) и водород (H2) для получения метана (CH4) на последнем этапе цикла, в котором используется множество ферментов. Этот процесс обычно используется микроорганизмами в среде, где энергии мало, а метаногенный цикл высвобождает лишь немного энергии. Поэтому археи и их ферменты должны быть максимально эффективными.
На одном из этапов метаногенного цикла пара электронов делится надвое, и один из них становится более сильным восстановителем; эта реакция известна как бифуркация электронов на основе флавина (FBEB). Это исследование показало, что реакция протекает не так, как предполагали ученые. Предполагалось, что для переноса высокоэнергетического электрона на углекислый газ клетка археи использует небольшой белок-переносчик, называемый ферредоксином. Однако авторы исследования обнаружили, что в переносе электрона от FBEB к CO2 нет необходимости.
Ферментные комплексы формиатдегидрогеназы (Fdh), формилметанофурандегидрогеназы (Fmd) и гетеродисульфидной редуктазы (Hdr) были выделены в данном исследовании из архея под названием Methanospirillum hungatei. Этот микроорганизм часто встречается в сточных водах или на станциях очистки коммунальных отходов. С помощью электронной микроскопии исследователи выявили структуру комплексов, показав, что массивный комплекс образуется ферментами, запускающими первый и последний этапы цикла. Он соединяет этапы, в которых участвуют FBEB и восстановление CO2, причем ферредоксин не нужен.
"Наш структурный анализ выявил гигантский ферментный комплекс", - говорит ведущий автор исследования Томохиро Ватанабе. "Белок цепи переноса электронов, полиферредоксин, образует проводящий путь, который ведет высокоэнергетические электроны от FBEB непосредственно к восстановлению CO2, а не через растворимый переносчик. Это означает, что существует меньше возможностей потерять эти ценные электроны". Дополнительные результаты исследования позволили предположить, что крупные комплексы, аналогичные тем, что были обнаружены в данном исследовании, могут быть найдены во многих метаногенных археях.
Это исследование позволило получить представление о метаболизме этих микробов, что может помочь ученым узнать больше о контроле или использовании производимого ими метана.
