Неожиданный природный источник метана
Учёные случайно обнаружили ранее неизвестный природный источник метана в окружающей среде.
Азотфиксирующие бактерии — главный способ превращения атмосферного азота в форму, доступную для растений и животных. Примерно 10% этих микроорганизмов содержат генетический код для производства резервного фермента — железной нитрогеназы (iron-only nitrogenase).
Новое исследование показывает, что этот фермент позволяет микроорганизмам одновременно превращать азот в аммиак, а углекислый газ — в метан. Основной продукт — аммиак, а метан является побочным.
Этот ферментативный путь — ранее неизвестный маршрут естественного биологического производства метана.
Результаты опубликованы 15 января в Nature Microbiology. Старший автор — Каролин Харвуд, профессор микробиологии Университета Вашингтона. Ведущий автор — Яннин Чжэн, постдок в её лаборатории.
"Метан — мощный парниковый газ. Вот почему важно учитывать все его источники", — сказала Харвуд.
Помимо выбросов от ископаемого топлива, метан также образуется в результате микробной активности. За один год микроорганизмы, включая обитателей океана и болот, производят и потребляют не менее миллиарда тонн метана.
Основные генераторы метана — археи, одноклеточные формы жизни, предпочитающие суровые условия. Они используют сложные химические пути, некоторые из которых уже изучены.
Лучшее понимание различных способов производства метана микроорганизмами важно не только для экологии, но и для медицины. Производство метана может играть роль во взаимодействиях в микробных сообществах, населяющих людей и животных. Например, метан в кишечнике может способствовать некоторым расстройствам пищеварения.
Хотя железная нитрогеназа была идентифицирована несколько десятилетий назад, учёные не замечали, что её тоже можно использовать для производства метана.
"Это был забытый фермент", — сказал Чжэн.
Его команда изучала адаптивную бактерию Rhodopseudomonas palustris, способную получать энергию из различных реакций. Исследователи не ожидали, что производимый ими метан будет генерироваться именно железной нитрогеназой в этом организме.
"Теперь есть свидетельства, что железная нитрогеназа активна у микробов чаще и в большем количестве условий, чем мы думали ранее", — отметил Чжэн.
Чтобы убедиться, что этот путь генерации метана не является исключительным для R. palustris, они протестировали аналогичные способности у трёх других видов азотфиксирующих бактерий, имеющих железную нитрогеназу.
Они также изучили данные, показавшие, что гены железной нитрогеназы обнаружены у ряда физиологически разнообразных микроорганизмов, выживающих в разных условиях.
Они также выяснили, что даже крошечное количество метана, производимого R. palustris, позволяло метан-утилизирующим бактериям расти в одной лабораторной культуре.
Вероятно, подобные взаимодействия происходят в природе и поддерживают активность метан-окисляющих бактерий. Такое производство метана может, например, формировать взаимодействия в микробных сообществах морских осадков, почвы и микробиомов человека и животных.