A metán-evők oxigént termelnek - fény nélkül

Fedezte fel a "hiányzó linket" a fotoszintézis fejlődésében?

Az újonnan felfedezett Methylomirabilis oxyfera mikroorganizmus a fluoreszcens mikroszkóp alatt © Marc Strous
felolvasta

Egy nemzetközi kutatócsoport megfejtette, hogy egy adott baktérium miként fedezi oxigénigényét az üvegházhatású gázok metánjának felhasználása céljából. A "Természet" tudományos magazin jelenlegi számában először mutatják be a mikrobák molekuláris trükköit.

A kutatók szerint az újonnan felfedezett út lehet a „hiányzó láncszem”, amely milliárd évvel ezelőtt lehetővé tette a fotoszintézis fejlődését, amellyel a növények oxigént termelnek. Az új eredményeket alkalomként kell felhasználni a műtrágyák metánciklusban betöltött szerepének átgondolására.

Nitritből származó oxigén

A nijmegeni Radboud Egyetem holland tudósai nemrégiben fedezték fel azokat a baktériumokat, amelyek metánt használnak létező oxigénforrás nélkül. Oxigén helyett használja ezt a nitritt, amely bőséges az intenzív műtrágyázással a mezőgazdasági területek édesvízében. A metán egy nagyon semleges molekula, amelyről a tudósok korábban úgy gondolták, hogy alig bomlik oxigén vagy szulfát használata nélkül.

A holland, francia és német tudósok nemzetközi csoportja bebizonyította, hogy ezek a baktériumok oxigént használnak. Ezt az oxigént termelik, mint magukat a növényeket, de nincs szükségük fényre. Az oxigén a nitritből származik. A tudósok eddig egyetértettek abban, hogy az oxigéntermelés művészete a növények, algák és cianobaktériumok számára volt fenntartva. Most egy új mechanizmus nyomában vannak, amely már azelőtt létezett, hogy az első növények megjelentek a Földön.

A puzzle megoldására használt kísérleti beállítás: az érzékelők megmutatták a nitrogén, az oxigén és más nitrogénvegyületek koncentrációit, és a vezetékek a mintaanyagot közvetlenül a tömegspektrométerre vitték. - Marc Strous

Használt új génanalízis-módszerek

A kutatók számára nehéz volt megérteni az oxigéntermelés reakcióvonalait, mivel a felelős mikroorganizmus rendkívül lassan növekszik, és ezért csak kis számban van jelen a mikrobiális közösségben. kijelző

A kutatóknak ezért a legújabb génelemzési módszereket kellett alkalmazniuk. A metagenomikus megközelítést alkalmazva először a vízmintából izoláltak génfragmenseket, amelyeket ezt követően szekvenáltak. Amit világszerte csak néhány esetben sikerült elérni, a Genoscope francia kollégáit speciális szoftverrel kezelte. Mint egy puzzle, képesek voltak rekonstruálni a genomot.

A laboratóriumi adatok ellentmondásosak a genom adatokkal

A kutatók meglepetésére a teljes genomszekvencia kimutatta, hogy hiányoznak a nitritek redukciójához ismert gének, és hogy a baktérium az oxigéntől függ. "A kísérleti laboratóriumi adatok ellentmondásban vannak a genom adataival" - mondja Marc Strous, aki a nijmegeni Radboud Egyetemen és most a brémai Max Planck Tengerészeti Mikrobiológiai Intézetben koordinálta a tudományos munkát. megváltozott.

Hogyan extrahálhatja a baktérium az energiát a közömbös metán (CH4) oxidációjából, nitrit (NO2-) mint elektron-elfogadó eszköz felhasználásával ilyen körülmények között? Ez majdnem olyan nehéz, mint a fáklya víz alatti begyújtása. Ennek a paradoxonnak a megoldására a Bremen Max Planck kutatói Marcel Kuypers segítségére jöttek. Mikroszenzorok és tömegspektroszkópia segítségével megoldották a problémát, és megerősítették, hogy a paradoxon valódi.

Szokatlan reakcióút az oxigéntermeléshez

Mind a laboratóriumi eredmények, mind a genom adatai illeszkednek egymáshoz, de csak akkor, ha a baktérium speciális útvonalat alkalmaz az oxigéntermeléshez. Ennek az oxigénnek a bizonyítása unalmas feladat volt: Katharina Ettwig csak egy évvel később érte el ezt a kísérleti bizonyítékot. A nevét a Methylomirabilisxyfera mikroorganizmusnak nevezték - ez egy csodálatos metán-evő, amely oxigént termel -, mivel két nitritmolekulát használ fel nitrogén-monoxid (NO) és oxigén (O2) felszabadítására. Ez lehetővé teszi a metán oxidálódását.

(idw - Max Planck Tengeri Mikrobiológiai Intézet, 2010.03.25. - DLO)