metanotrof
Metanotrofy (czasami nazywane metanofilami ) to prokarioty , które metabolizują metan jako źródło węgla i energii chemicznej . Są to bakterie lub archeony , mogą rosnąć w warunkach tlenowych lub beztlenowych i do przeżycia wymagają związków jednowęglowych .
Metanotrofy są szczególnie powszechne w środowiskach, w których wytwarzany jest metan, lub w ich pobliżu, chociaż niektóre metanotrofy mogą utleniać metan atmosferyczny . Ich siedliska obejmują tereny podmokłe, gleby, bagna, pola ryżowe, wysypiska śmieci, systemy wodne (jeziora, oceany, strumienie) i wiele innych. Są szczególnie interesujące dla naukowców badających globalne ocieplenie , ponieważ odgrywają znaczącą rolę w globalnym budżecie metanu, zmniejszając ilość metanu emitowanego do atmosfery.
Metanotrofia to szczególny przypadek metylotrofii , wykorzystujący związki jednowęglowe, które są bardziej zredukowane niż dwutlenek węgla. Jednak niektóre metylotrofy mogą również wykorzystywać związki wielowęglowe; to odróżnia je od metanotrofów, które są zwykle wybrednymi utleniaczami metanu i metanolu. Jedynymi fakultatywnie wyizolowanymi metanotrofami są przedstawiciele rodzaju Methylocella silvestris , Methylocapsa aurea i kilka szczepów Methylocystis .
Pod względem funkcjonalnym metanotrofy są określane jako bakterie utleniające metan. Jednak bakterie utleniające metan obejmują inne organizmy, które nie są uważane za jedyne metanotrofy. Z tego powodu bakterie utleniające metan zostały podzielone na podgrupy: grupy bakterii asymilujących metan (MAB), metanotrofy i bakterie autotroficzne utleniające amoniak (AAOB), które wspólnie utleniają metan.
Klasyfikacja
Metanotrofy mogą być bakteriami lub archeonami . To, który gatunek metanotrofów jest obecny, zależy głównie od dostępności akceptorów elektronów . Znanych jest wiele rodzajów bakterii utleniających metan (MOB). Różnice w sposobie wiązania formaldehydu i budowie błony dzielą te metanotrofy bakteryjne na kilka grup. Istnieje kilka podgrup wśród archeonów metanotroficznych.
Aerobik
W warunkach tlenowych metanotrofy łączą tlen i metan , tworząc formaldehyd , który jest następnie włączany do związków organicznych szlakiem seryny lub szlakiem monofosforanu rybulozy (RuMP) oraz uwalniany dwutlenek węgla. Metanotrofy typu I i typu X są częścią Gammaproteobacteria i wykorzystują szlak RuMP do asymilacji węgla. Metanotrofy typu II są częścią Alphaproteobacteria i wykorzystują serynowy szlak asymilacji węgla. Charakterystycznie mają również system wewnętrznych membran, w których znajduje się metan utlenianie . Metanotrofy w Gammaproteobacteria są znane z rodziny Methylococcaceae . Metanotrofy z Alphaproteobacteria występują w rodzinach Methylocystaceae i Beijerinckiaceae .
Metanotrofy tlenowe są również znane z Methylacidiphilaceae (typ Verrucomicrobiota ). W przeciwieństwie do Gammaproteobacteria i Alphaproteobacteria , metanotrofy z typu Verrucomicrobiota są miksotrofami . W 2021 r. Odkryto pojemnik bakteryjny z rodzaju Gemmatimonadota zwany „ Candidatus Methylotropicum kingii” wykazujący metanotrofię tlenową, co sugeruje obecność metanotrofii w czterech typach bakterii.
W niektórych przypadkach tlenowe utlenianie metanu może zachodzić w środowisku beztlenowym. Candidatus Methylomirabilis oxyfera należy do bakterii typu NC10 i może katalizować redukcję azotynów na drodze „wewnątrztlenowej”, w której tlen wytwarzany wewnętrznie jest używany do utleniania metanu . W jeziorach z czystą wodą metanotrofy mogą żyć w słupie wody beztlenowej, ale otrzymują tlen od organizmów fotosyntetyzujących , który następnie bezpośrednio zużywają w celu utlenienia metanu.
są znane żadne tlenowe archeony metanotroficzne .
Beztlenowe
W warunkach beztlenowych metanotrofy wykorzystują różne akceptory elektronów do utleniania metanu. Może się to zdarzyć w beztlenowych , takich jak osady morskie lub jeziorne , strefy minimalnej zawartości tlenu , beztlenowe słupy wody, pola ryżowe i gleby. Niektóre specyficzne metanotrofy mogą redukować jony azotanów, azotynów, żelaza, siarczanów lub manganu i łączyć je z utlenianiem metanu bez partnera syntroficznego. Badania w środowiskach morskich wykazały, że metan może być utleniany beztlenowo przez konsorcja archeonów utleniających metan i bakterii redukujących siarczany . Ten rodzaj beztlenowego utleniania metanu (AOM) występuje głównie w beztlenowych osadach morskich. Dokładny mechanizm jest nadal przedmiotem dyskusji, ale najszerzej akceptowaną teorią jest to, że archeony wykorzystują odwrócony szlak metanogenezy do produkcji dwutlenku węgla i innego, nieznanego związku pośredniego, który jest następnie wykorzystywany przez bakterie redukujące siarczany do pozyskiwania energii z redukcji siarczanu do siarkowodoru i wody.
Metanotrofy beztlenowe nie są spokrewnione ze znanymi metanotrofami tlenowymi; najbliższymi hodowanymi krewnymi metanotrofów beztlenowych są metanogeny z rzędu Methanosarcinales .
Gatunki specjalne
Methylococcus capsulatus służy do produkcji paszy dla zwierząt z gazu ziemnego.
zidentyfikowano nową bakterię Candidatus Methylomirabilis oxyfera z rodzaju NC10 , która może łączyć beztlenowe utlenianie metanu z redukcją azotynów bez potrzeby posiadania partnera syntroficznego . Na podstawie badań Ettwiga i wsp. Uważa się, że M. oxyfera utlenia metan beztlenowo, wykorzystując tlen wytwarzany wewnętrznie w wyniku dysmutacji tlenku azotu do azotu i tlenu gazowego.
Taksonomia
Wiele kultur metanotroficznych zostało wyizolowanych i formalnie scharakteryzowanych w ciągu ostatnich 50 lat, począwszy od klasycznych badań Whittenbury'ego (Whittenbury i in., 1970). Obecnie znanych jest 18 rodzajów hodowanych tlenowych metanotroficznych Gammaproteobacteria i 5 rodzajów Alphaproteobacteria , reprezentowanych przez ok. 60 różnych gatunków.
Utlenianie metanu
Metanotrofy utleniają metan najpierw inicjując redukcję atomu tlenu do H 2 O 2 i przemianę metanu w CH 3 OH przy użyciu monooksygenaz metanu (MMO) . Ponadto z metanotrofów wyizolowano dwa rodzaje MMO: rozpuszczalną monooksygenazę metanu (sMMO) i monooksygenazę metanu w postaci cząstek stałych (pMMO) .
Komórki zawierające pMMO wykazały wyższe zdolności wzrostu i wyższe powinowactwo do metanu niż komórki zawierające sMMO. Podejrzewa się, że jony miedzi mogą odgrywać kluczową rolę zarówno w regulacji pMMO, jak i katalizie enzymatycznej, ograniczając w ten sposób komórki pMMO do środowisk bardziej bogatych w miedź niż komórki produkujące sMMO.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Beztlenowe utlenianie metanu
- Bug zjadający metan obiecuje zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych Informacja dla mediów, GNS Science, Nowa Zelandia