Новый белок может помочь в борьбе с выбросами парниковых газов
Закись азота (N2O) — мощный парниковый газ, который удерживает тепло и разрушает озоновый слой, снижая защиту Земли от солнечной радиации.
«Даже небольшое увеличение концентрации N2O вносит непропорционально большой вклад в рост глобальной температуры», — заявил Фрэнк Лёффлер.
Атмосферная концентрация N2O достигла рекордного уровня из-за промышленного синтеза и использования азотных удобрений. Растения не могут усвоить весь азот, вносимый на поля, а оставшийся аммиак превращается почвенными микробами в огромные количества N2O.
«Наша глобальная цель — сократить выбросы, максимизировав способность почвенного микробиома преобразовывать (восстанавливать) N2O обратно в климатически нейтральный N2», — сказал Гуан Хэ, доктор философии.
В прошлом году Хэ и Лёффлер открыли новый N2O-потребляющий бактериальный микробиом в кислой почве, где ранее не обнаруживалось восстановление N2O. Позже Хэ обнаружил, что ферменты, которые некоторые из этих бактерий используют для реакции, также являются новыми для науки и представляют новый класс важных белков. Это открытие, опубликованное в Nature, уже привлекло международное внимание.
«Процессы азотного цикла в настоящее время несбалансированы — производство N2O значительно превышает его потребление», — сказал Лёффлер. — «Лучшее понимание микробов, потребляющих N2O, создает возможности увеличить это потребление».
Описание нового семейства белков
N2O-редуктазы (N2OR) обычно делятся на две канонические группы. Когда Хэ не обнаружил канонических N2OR в генетическом коде микробов, превращающих N2O в N2, он заподозрил нечто новое.
В микробиоме он нашел ген, совпадающий с каноническими генами N2OR лишь на 30% (при общепринятом пороге в 40%). Последовательность была настолько иной, что белок не мог принадлежать ни к одной из известных групп N2OR.
Джерри Паркс помог Хэ использовать современные подходы на основе ИИ для предсказания функции белка на основе 3D-структуры. Вместе они нашли ключевые доказательства гипотезы, что новый белок действительно является N2OR. Затем Роберт Хеттич провел измерение нового белка в бактериальной культуре и продемонстрировал его функцию как N2OR.
Последствия для прошлого и будущего
В течение нескольких дней после публикации Хэ получил запросы от лабораторий в США, Европе и Азии с просьбой поделиться методологией. Некоторые более ранние публикации уже показали похожие последовательности, которые в свое время не были распознаны как N2OR.
«Влияние этого исследования очень быстрое», — сказал Хэ. — «Эти новые последовательности, несомненно, объяснят случаи, когда ученые наблюдали активность N2OR, но не могли найти генетических доказательств».
Включение нового белка в геномные справочные библиотеки также означает, что другие N2OR из ранее нераспознанной линии будут правильно идентифицированы в будущем.
«Существует целая группа N2OR, которая не была на радаре. Открытие Гуана может решить давние вопросы о круговороте азота и выбросах N2O», — сказал Лёффлер.