Из-за своих мощных парниковых свойств газ метан вносит значительный вклад в изменение климата. Он также служит пищей для микробов, известных как метанотрофы, которые преобразуют газ в углекислый газ и биомассу. Однако учёные не были уверены, как эти микробы получают все необходимые им питательные вещества для выполнения этой задачи.
Теперь химическая лаборатория Университета Юты разработала новый метод изучения этих микробных сообществ и использовала его, чтобы обнаружить новую молекулу, которая позволяет бактериям, окисляющим метан, получать железо из окружающей среды. Это важно для понимания того, как эти организмы связывают метан, не позволяя ему попадать в атмосферу.
Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, также предоставляют информацию, которая может быть полезна для использования метанотрофов для преобразования метана в полезные химические вещества и жидкие топлива, по словам главного исследователя Аарона Пури, доцента кафедры химии и члена Центра науки о клетках и геноме имени Генри Университета Юты.
«Понимание механизмов, которые они используют для взаимодействия со своей средой, имеет решающее значение, если мы хотим оптимизировать их использование для полезных задач», — сказал Пури. «Мы также определили ключевую связь между существованием железа на Земле и циклом газов в атмосфере, который осуществляется через эти метанокисляющие бактерии, а точнее — через эту новую молекулу, которую мы обнаружили».
Метан, или CH₄, простейшая молекула углеводорода, является основным компонентом природного газа, который используется в бытовых приборах. Этот газ также выделяется при разложении органических веществ, обычно на свалках или в болотах. В краткосрочной перспективе он удерживает в 80 раз больше тепла, чем углекислый газ, более долгоживущий газ, который является основной движущей силой антропогенного изменения климата.
Микробы естественным образом расщепляют CH₄ в процессе окисления, в результате которого образуются углекислый газ и органические соединения.
Исследование Пури представляет новый инструмент под названием «обратное зондирование стабильных изотопов — метаболомика», или InverSIP, который связывает гены, обнаруженные в микробной ДНК, с фактическими небольшими молекулами, называемыми метаболитами, которые эти гены производят. Используя этот метод, лаборатория Пури обнаружила ранее неизвестную молекулу, захватывающую железо, которую производят бактерии, питающиеся метаном. Они назвали эту молекулу метилоцистабактин.
Она действует как клешня, которая вытягивает железо из окружающей среды и делает его доступным для ферментов, окисляющих метан. Но это становится ещё интереснее.
«Мы определили другие бактерии, которые существуют в том же сообществе и не производят эту молекулу, но могут фактически использовать молекулу, производимую другими членами сообщества, для собственной выгоды», — сказал Пури. «В некоторых системах мы будем называть таких бактерий «мошенниками», потому что они получают выгоду, не используя свою энергию для производства молекулы».
В целом, это открытие объясняет важную часть того, как микробы, потребляющие метан, выживают, и показывает, как InverSIP может раскрыть скрытые молекулярные детали в других микробных сообществах, важных для климата, экосистем и здоровья.
«Это показывает нам важность железосвязывающей молекулы для этих микробных сообществ», — сказал Пури. «Что нас действительно воодушевляет в этом подходе, так это то, что мы можем также применять его в более общем плане к другим микробным сообществам, чтобы выяснить эти молекулярные детали их взаимодействия. Мы могли бы представить себе применение этого к человеческому микробиому или другим интересным микробным сообществам в окружающей среде».
Предоставлено Университетом Юты.