Метанокисляющие бактерии: новый механизм хранения меди открывает возможности для биотехнологий
Новое исследование метанотрофов — бактерий, способных окислять метан, — раскрывает детали того, как эти организмы используют большие количества меди. Это открытие может помочь в разработке биотехнологий для утилизации метана и снижения выбросов этого мощного парникового газа.
Учёные из Университета Ньюкасла, опубликовавшие работу в Nature, обнаружили новое семейство белков для хранения меди — Csp (copper storage proteins). Эти белки присутствуют у различных бактерий и хранят металл уникальным, ранее не наблюдавшимся способом.
Потенциал метанотрофов
- Метаболический процесс: Для окисления метана метанотрофы используют фермент метанмонооксигеназу, кофактором которого является медь (некоторые могут использовать и железо).
- Экологическая роль: Эти бактерии — основной биологический механизм, смягчающий выбросы метана, потребляя его для получения углерода и энергии.
- Биотехнологический потенциал: Метанотрофы перспективны для биотехнологического использования метана (возобновляемого источника углерода) в производстве химикатов и устойчивой энергии.
По словам ведущего автора, профессора Криса Деннисона, понимание того, как метанотрофы приобретают и хранят медь, критически важно для всех потенциальных применений этих организмов.
Метод и открытие
- Открытие белка: Csp1 был обнаружен в сложной смеси белков с помощью металлопротеомики.
- Характеризация: Анализ рекомбинантного Csp1 с использованием биохимических и биофизических методов позволил понять связывание меди на молекулярном уровне.
- Кристаллическая структура: Структуры Csp1 были определены с помощью синхротрона Diamond Light Source. Рентгенофлуоресцентная спектроскопия позволила определить степень окисления ионов меди в белке.
- Физиологическая функция: Для демонстрации функции Csp1 in vivo была создана генетически модифицированная метанотрофная бактерия.
Структура и механизм
Белок Csp1 имеет структурный мотив «четырёхспиральный пучок» (four-helix bundle). Его уникальность в том, что многочисленные остатки цистеина (известного своим сродством к меди) направлены внутрь ядра пучка, что создаёт новый способ хранения металла. Исследования связывания меди и кристаллическая структура белка с медью детально показывают, как этот пучок может быть заполнен ионами меди.
Это открытие добавляет новое измерение в понимание сложного процесса усвоения меди метанотрофами и открывает пути для манипулирования этими бактериями как в лаборатории, так и в окружающей среде.