Новый белок может помочь в борьбе с выбросами парниковых газов.

от

Оксид азота (N₂O) — мощный парниковый газ

Оксид азота (N₂O) является мощным парниковым газом, который не только удерживает тепло, но и разрушает озоновый слой, снижая защиту Земли от солнечной радиации.

«Небольшие увеличения содержания N₂O вносят непропорционально большой вклад в повышение глобальной температуры», — сказал Фрэнк Лёффлер, профессор кафедры гражданского строительства и экологической инженерии.

Атмосферное содержание N₂O достигло рекордно высокого уровня на планете благодаря промышленному синтезу и использованию азотных удобрений. На протяжении большей части истории Земли молекулярный азот (N₂) из атмосферы трансформировался в аммоний некоторыми почвенными микробами, фиксирующими азот. Растения могли использовать часть этого аммония для роста.

В начале XX века химики научились выполнять эту реакцию, и с тех пор производство синтетических удобрений постоянно растёт. К сожалению, растения не могут усвоить весь азот, внесённый на сельскохозяйственные поля, и оставшийся аммиак метаболизируется почвенными микробами в огромное количество N₂O.

«Наша глобальная популяция продолжает расти, поэтому нам по-прежнему нужно больше пищи; нереально сокращать использование азотных удобрений», — сказал Гуан Хэ, доктор философии, постдокторант в лаборатории Лёффлера. «Вместо этого глобальная цель — сократить выбросы за счёт максимизации способности почвенного микробиома преобразовывать (восстанавливать) N₂O обратно в климатически нейтральный N₂».

Открытие нового бактериального микробиома, потребляющего N₂O

В прошлом году Хэ и Лёффлер опубликовали своё открытие нового бактериального микробиома, потребляющего N₂O, в кислой почве, где ранее не было обнаружено снижения содержания N₂O.

Позднее Хэ обнаружил, что ферменты, которые некоторые из этих бактерий используют для проведения реакции, также были новы для науки и фактически представляют собой новый класс важных белков.

Открытие, опубликованное в Nature в прошлом месяце, уже привлекло международное внимание, переосмыслив предыдущие исследования и потенциально повлияв на научные модели как азотного цикла, так и выбросов парниковых газов.

«Процессы азотного цикла в настоящее время несбалансированы — у нас гораздо больше производства, чем потребления N₂O», — сказал Лёффлер. «Когда у вас есть лучшее понимание микробов, потребляющих N₂O, вы можете создать возможности для увеличения этого потребления, чтобы у нас был лучший баланс и меньше выбросов».

В биологии существует закономерность, называемая конвергентной эволюцией, когда белки со сходными функциями часто имеют схожие структуры и кодируются схожими последовательностями генов. Когда учёные ищут в окружающей среде микробы с определёнными способностями, они могут сравнивать генетические последовательности микробов с библиотеками последовательностей, имеющих известные функции — например, кодирующие белки, восстанавливающие N₂O (N₂ORs).

N₂ORs обычно подразделяются на две канонические группы, одна из которых была обнаружена почти сто лет назад, а другая — в 2012 году — фактически в лаборатории Лёффлера.

Когда Хэ не обнаружил канонических N₂ORs в генетическом коде микробов, которые преобразовывали N₂O в N₂, у него возникло подозрение о том, что может происходить.

«Я подумал: «Как такое возможно? Что-то не так с моими навыками в области биоинформатики, или это реальное явление?» — вспоминал он.

После того как Хэ неоднократно перепроверял свои результаты и даже подтвердил свою методологию с разработчиком программы биоинформатики, он связался с давним сотрудником Лёффлера из Технологического института Джорджии Костасом Константинидисом.

«Профессор Константинидис, всемирно известный эксперт в области биоинформатики, подтвердил каждую деталь», — сказал Хэ. «Это окончательно убедило меня в том, что я всё сделал правильно — что это факт, что канонические гены N₂OR отсутствовали».

В рамках микробной культуры Хэ смог найти ген, который на 30% соответствовал каноническим генам N₂OR — что значительно ниже общепринятого порога соответствия в 40%, — но последовательность была настолько другой, что белок не мог принадлежать ни к одной из канонических групп N₂OR.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте