Немецкие ученые описали метаболический путь преобразования сульфата у бактерии-метаногена. Это поможет улучшить условия ее культивирования, благодаря чему можно будет более эффективно получать метан — компонент биогаза. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.
Сера — это жизненно важный элемент, который нужен организмам для синтеза белков. Растения и водоросли для получения серы перерабатывают сульфаты в сульфиды, которые используются в дальнейшем. Однако на этот процесс требуется много энергии, и в его ходе образуются токсичные промежуточные и побочные продукты, которые клеткам нужно быстро нейтрализовать. Из-за этого исследователи считали, что бактерии-метаногены, которые потребляют водород и синтезируют метан, не способны подобным образом усваивать серу из сульфатов, так как у метаногенов не так много энергии. Ученое сообщество предполагало, что метаногены полагаются только на сульфиды, однако эта гипотеза была отвергнута в 1986 году с открытием бактерии Methanothermococcus thermolithotrophicus. Эта бактерия является метаногеном и способна использовать сульфаты в качестве единственного источника серы. До сих пор ученым не было понятно, как происходит этот процесс.
Чтобы получить возможность изучить M. thermolithotrophicus более подробно, немецким микробиологам сначала пришлось оптимизировать условия культивирования бактерии. После этого они смогли культивировать ее в крупных биореакторах, при этом избавившись от необходимости использовать токсичный и опасный сероводород. В результате ученым удалось получить достаточно биомассы бактерии для ее исследования. Чтобы понять молекулярный механизм, с помощью которого этот метаноген усваивает сульфаты, ученые проанализировали геном бактерии. Они нашли пять генов, которые кодируют ферменты, необходимые для восстановления сульфатов, и охарактеризовали каждый из них. Таким образом, микробиологи описали весь метаболический путь.
Первые два фермента в этом пути оказались хорошо известными и распространенными как среди бактерий, так и среди растений. Остальные ферменты оказались более необычными. Один из ферментов был, видимо, заимствован у какой-то другой бактерии, способной восстанавливать сульфаты, и немного модифицирован. При этом таких ферментов нет у других метаногенов. Два последних фермента нужны для нейтрализации токсичных продуктов, образующихся в ходе реакций: один переводит сульфиты в сульфиды, а второй гидролизует соединение PAPS (3’-фосфоаденозин 5’-фосфосульфат).
Гидротрофные метаногены, такие как M. thermolithotrophicus, способны потреблять водород и углекислый газ и синтезировать метан. Другими словами, они могут поглощать один из наиболее опасных парниковых газов и синтезировать метан, часто использующийся в качестве биотоплива. Для получения метана бактерий выращивают в огромных биореакторах. Сейчас одной из проблем, связанной с культивированием метаногенов, является необходимость использования взрывоопасного сероводорода, который нужен бактериям в качестве источника серы. Теперь, когда ученые описали метаболический путь, позволяющий метаногенам усваивать сульфаты, можно будет встроить такой же путь в штаммы метаногенов, использующихся в промышленности, с помощью генной инженерии. Это сделает производство биогаза более доступным и безопасным.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
