Головоломка

Jul 28, 2023

Автор: Институт морской микробиологии Макса Планка, 5 июня 2023 г.

Ученые из Института морской микробиологии Макса Планка обнаружили, что Methanothermococcus thermolithotropicus, метаноген, который ранее считался неспособным превращать сульфат в сульфид из-за высоких энергетических затрат этого процесса и вредных побочных продуктов, на самом деле может расти на сульфате. Исследователи обнаружили в геноме метаногена пять генов, кодирующих ферменты, связанные с восстановлением сульфатов, и, охарактеризовав эти ферменты, они собрали первый путь ассимиляции сульфатов из метаногена.

Как метаногенный микроб по частям собирает метаболический путь, превращая сульфат в строительный блок клетки.

Исследователи обнаружили, что метаноген Methanothermococcus thermolithotropicus может превращать сульфат в сульфид, что противоречит предыдущим предположениям. Выявив уникальный путь ассимиляции сульфатов в этом метаногене, полученные результаты открывают возможность более безопасного и экономически эффективного производства биогаза с помощью генной инженерии.

Сера является фундаментальным элементом жизни, и она необходима всем организмам для синтеза клеточных материалов. Автотрофы, такие как растения и водоросли, приобретают серу путем преобразования сульфата в сульфид, который может включаться в биомассу. Однако этот процесс требует много энергии и производит вредные промежуточные и побочные продукты, которые необходимо немедленно преобразовать. В результате ранее считалось, что микробы, известные как метаногены, которым обычно не хватает энергии, не смогут превращать сульфат в сульфид. Поэтому предполагалось, что эти микробы, производящие половину мирового метана, полагаются на другие формы серы, например сульфид.

This dogma was broken in 1986 with the discovery of the methanogen Methanothermococcus thermolithotrophicus, growing on sulfate as the only sulfur source. How is this possible, considering the energetic costs and toxic intermediates? Why is it the only methanogen that seems to be capable of growing on this sulfur speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> разновидность? Использует ли этот организм химические уловки или еще неизвестную стратегию, чтобы обеспечить ассимиляцию сульфатов? Марион Йесперсен и Тристан Вагнер из Института морской микробиологии Макса Планка нашли ответы на эти вопросы и опубликовали их в журнале Nature Microbiology.

Аспирант Марион Джесперсен работает над ферментером, в котором M. thermolithotropicus растет исключительно на сульфате в качестве источника серы. Фото: Тристан Вагнер / Институт морской микробиологии Макса Планка.

Первой задачей, с которой столкнулись исследователи, было заставить микроб расти на новом источнике серы. «Когда я начал писать докторскую диссертацию, мне действительно пришлось убедить M. thermolithotropicus есть сульфат вместо сульфида», — говорит Марион Джесперсен. «Но после оптимизации среды Methanothermococcus стал профессионалом в выращивании на сульфате, с плотностью клеток, сравнимой с плотностью клеток при выращивании на сульфиде».

«Все стало по-настоящему захватывающе, когда мы измерили исчезновение сульфата по мере роста организма. Именно тогда мы смогли действительно доказать, что метаноген преобразует этот субстрат». Это позволило исследователям безопасно культивировать M. thermolithotropicus в биореакторах в больших масштабах, поскольку их рост больше не зависел от токсичного и взрывоопасного газа сероводорода. «Это дало нам достаточно биомассы для изучения этого удивительного организма», — объясняет Йесперсен. Теперь исследователи были готовы углубиться в детали лежащих в основе процессов.