Учёные открыли молекулу, которая помогает микробам поглощать метан

Модель метилцистабактина (серый), связывающего атом железа (оранжевый). Автор: Эндрю Робертс и Аарон Пури

Метан, обладающий мощными парниковыми свойствами, вносит значительный вклад в изменение климата. Однако существуют микробы-метанотрофы, которые поглощают этот газ, преобразуя его в диоксид углерода и биомассу. Учёные долгое время не могли понять, как эти микроорганизмы получают все необходимые питательные вещества для выполнения этой задачи.

Теперь химическая лаборатория Университета Юты разработала новую методику изучения этих микробных сообществ и с её помощью обнаружила ранее неизвестную молекулу, которая позволяет бактериям, окисляющим метан, получать железо из окружающей среды. Это открытие важно для понимания того, как эти организмы улавливают метан, не позволяя ему попадать в атмосферу.

Результаты исследования, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, также предоставляют информацию, которая может быть полезна для использования метанотрофов с целью преобразования метана в полезные химические вещества и жидкое топливо, как сообщил главный исследователь Аарон Пури, доцент кафедры химии и член Центра клеточных и геномных наук Генри Эйринга при университете.

«Понимание этих механизмов, которые они используют для взаимодействия с окружающей средой, крайне важно, если мы хотим оптимизировать их использование для полезных задач», — заявил Пури. — «Мы также определили ключевое звено между тем, как железо существует на Земле и как газы циркулируют в атмосфере, что происходит через эти бактерии, окисляющие метан, и, более конкретно, через эту новую молекулу, которую мы обнаружили».

Метан (CH₄), простейшая молекула углеводорода, является основным компонентом природного газа, используемого в бытовых приборах. Этот газ также выделяется при разложении органических веществ, обычно на свалках или болотах. В краткосрочной перспективе его способность удерживать тепло примерно в 80 раз выше, чем у диоксида углерода — более долгоживущего газа, который является основной причиной антропогенного изменения климата.

Микробы естественным образом расщепляют CH₄ в процессе окисления, в результате которого образуются диоксид углерода и органические соединения.

Исследование Пури представляет новый инструмент под названием «обратное стабильное изотопное зондирование–метаболомика» (InverSIP), который связывает гены, обнаруженные в ДНК микробов, с фактическими небольшими молекулами, называемыми метаболитами, которые производятся этими генами. Используя этот метод, лаборатория Пури обнаружила ранее неизвестную молекулу, захватывающую железо, которую производят поедающие метан бактерии. Они назвали эту молекулу метилцистабактин.

Она функционирует как коготь, который вытягивает железо из окружающей среды и делает его доступным для ферментов, окисляющих метан. Но всё становится ещё интереснее.

«Мы идентифицировали другие бактерии, которые существуют в том же сообществе и не производят эту молекулу, но могут, по сути, захватывать молекулу, произведённую другими членами, для собственной выгоды», — объяснил Пури. — «В некоторых системах мы назовём их „мошенниками“, потому что они извлекают выгоду, не используя свою энергию для производства молекулы».

В целом это открытие объясняет ключевую часть того, как выживают потребляющие метан микробы, и показывает, как InverSIP может раскрыть скрытые молекулярные детали в других микробных сообществах, важных для климата, экосистем и здоровья.

«Это показывает нам важность этой железосвязывающей молекулы для этих микробных сообществ», — отметил Пури. — «Что нас действительно воодушевляет в этом подходе, так это то, что мы можем применять его и более широко к другим микробным сообществам, чтобы выяснить эти молекулярные детали их взаимодействия. Мы можем представить его применение к микробиому, связанному с человеком, или другим экологическим микробиомам, которые представляют интерес».

Больше информации: Jose Miguel D. Robes et al, Inverse stable isotope probing–metabolomics (InverSIP) identifies an iron acquisition system in a methane-oxidizing bacterial community, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2507323122

Источник: University of Utah