Метанотроф - Methanotroph

Не путать с Метаноген.

Метанотрофы (иногда называют метанофилы) находятся прокариоты который метаболизировать метан как их источник углерод и энергия. Они могут быть либо бактерии или же археи и может расти аэробно или же анаэробно, и требуют одноуглеродного соединения выживать.

Общий

Метанотрофы особенно распространены в окружающей среде или рядом с ней, где производится метан, хотя некоторые метанотрофы могут окислять атмосферный метан. Их среда обитания включает водно-болотные угодья, почвы, болота, рисовые поля, свалки, водные системы (озера, океаны, ручьи) и многое другое. Они представляют особый интерес для исследователей, изучающих глобальное потепление, поскольку они играют значительную роль в глобальном балансе метана, уменьшая количество метана, выбрасываемого в атмосферу.[1][2]

Метанотрофия - частный случай метилотрофия с использованием одноуглеродных соединений, более восстановленных, чем диоксид углерода. Однако некоторые метилотрофы могут также использовать многоуглеродные соединения, что отличает их от метанотрофов, которые обычно привередливый окислители метана и метанола. Единственные факультативные метанотрофы, выделенные на сегодняшний день, являются представителями рода Метилоцелла и Methylocystis.

С функциональной точки зрения метанотрофы называются бактериями, окисляющими метан, однако бактерии, окисляющие метан, включают другие организмы, которые не считаются единственными метанотрофами. По этой причине метанокисляющие бактерии были разделены на четыре подгруппы: две группы метанассимилирующих бактерий (МАБ), метанотрофы и две автотрофные группы. аммиакокисляющие бактерии (AAOB).[2]

Классификация метанотрофов

Метантрофы могут быть либо бактерии или же археи. Какой вид метанотрофов присутствует, в основном определяется доступностью акцепторы электронов. Известно много типов метанокисляющих бактерий (МОБ). Различия в способе фиксации формальдегида и структуре мембран делят этих бактериальных метанотрофов на несколько групп. К ним относятся Метилококковые и Метилоцистовые. Хотя оба входят в число Протеобактерии, они являются членами разных подклассов. Другие виды метанотрофов встречаются в Веррукомикробии. Среди метанотрофных архей выделяют несколько подгрупп.

Аэробные метанотрофы

В аэробных условиях метанотрофы сочетаются кислород и метан формировать формальдегид, который затем включается в органические соединения через путь серина или путь монофосфата рибулозы (RuMP), и [углекислый газ], который высвобождается. Метанотрофы типа I и типа X являются частью Гаммапротеобактерии и они используют путь RuMP для ассимиляции углерода. Метанотрофы II типа являются частью Alphaproteobacteria и использовать сериновый путь ассимиляции углерода. Для них также характерна система внутренних мембран, внутри которых метан окисление происходит. Нет метанотрофов археи известно, что может использовать кислород.

Анаэробные метанотрофы

В условиях аноксии метанотрофы используют разные акцепторы электронов для окисления метана. Это может произойти в аноксический среды обитания, такие как морские или озерные отложения, зоны минимума кислорода, колонны бескислородной воды, рисовые поля и почвы. Некоторые специфические метанотрофы могут восстанавливать нитрат или нитрит и связывать это с окислением метана. Исследования в морской среде показали, что метан может окисляться анаэробно консорциумами окисляющих метан. археи и сульфатредуцирующие бактерии. Этот тип анаэробное окисление метана (АОМ) в основном встречается в бескислородных морских отложениях. Точный механизм этого до сих пор остается предметом споров, но наиболее широко распространенная теория состоит в том, что археи используют обратное метаногенез путь производства углекислого газа и другого неизвестного вещества. Этот неизвестный промежуточный продукт затем используется сульфатредуцирующими бактериями для получения энергии от восстановления сульфата до сероводород. Анаэробные метанотрофы не относятся к известным аэробным метанотрофам; наиболее близкими по культуре к анаэробным метанотрофам являются метаногены в порядок Methanosarcinales.[3]. Оксиды металлов, такие как марганец и железо, также могут использоваться ANME в качестве концевых акцепторов электронов. Для этого не нужен консорциум. ANME отправляет электроны прямо в абиотический частицы, которые химически восстанавливаются [4].

В некоторых случаях, аэробный Окисление метана может происходить в бескислородной среде. Candidatus Methylomirabilis oxyfera принадлежит к типу бактерий NC10 и может катализировать восстановление нитрита посредством «внутриаэробного» пути, в котором для окисления метана используется кислород, производимый внутри организма. В озерах с чистой водой метанотрофы могут жить в бескислородной толще воды, но получать кислород от фотосинтетический организмов, которые они затем напрямую потребляют для аэробного окисления метана [5].

Особые виды метанотрофов

Метилококк капсульный используется для производства кормов для животных из природного газа.[6]

Недавно появилась новая бактерия Candidatus Methylomirabilis oxyfera было выявлено, что может соединить анаэробное окисление метана к восстановлению нитрита без необходимости синтрофический партнер.[7] На основании исследований Ettwig et al.,[7] Верят что M. oxyfera окисляет метан анаэробно, используя кислород, производимый внутри дисмутация из оксид азота в газообразный азот и кислород.

Таксономия метанотрофов

Многие метанотрофные культуры были изолированы и формально охарактеризованы за последние 4 десятилетия, начиная с классического исследования Уиттенбери (Whittenbury et al., 1970). В настоящее время культивируется 18 родов аэробных метанотрофов. Гаммапротеобактерии и 5 родов Alphaproteobacteria известны, представлены ок. 60 разных видов. [8]

Окисление метана метанотрофами.

Путь RuMP у метанотрофов I типа
Сериновый путь у метанотрофов II типа

Метанотрофы окисляют метан, сначала инициируя восстановление атома кислорода до H2О2 и превращение метана в CH3OH с использованием метанмонооксигеназ (MMO).[9] Кроме того, из метанотрофов были выделены два типа MMO: растворимая метанмонооксигеназа (sMMO) и метанмонооксигеназа в виде частиц (pMMO).

Клетки, содержащие pMMO, продемонстрировали более высокую способность к росту и более высокое сродство к метану, чем клетки, содержащие sMMO.[9] Предполагается, что ионы меди могут играть ключевую роль как в регуляции pMMO, так и в ферментативном катализе, ограничивая таким образом клетки pMMO более богатой медью средой, чем клетки, продуцирующие sMMO.[10]


Рекомендации

  1. ^ Oremland, R. S .; Калбертсон, К. В. (1992). «Важность метанокисляющих бактерий в балансе метана, выявленная с помощью специального ингибитора». Природа. 356 (6368): 421–423. Bibcode:1992Натура.356..421O. Дои:10.1038 / 356421a0. S2CID  4234351.
  2. ^ а б Холмс, AJ; Рослев, П; McDonald, IR; Иверсен, Н. Хенриксен, К; Мюррелл, Дж. К. (1999). «Характеристика популяций метанотрофных бактерий в почвах с указанием атмосферного поглощения метана». Прикладная и экологическая микробиология. 65 (8): 3312–8. Дои:10.1128 / AEM.65.8.3312-3318.1999. ЧВК  91497. PMID  10427012.
  3. ^ Боэтиус, Антье; Равеншлаг, Катрин; Schubert, Carsten J .; Рикерт, Дирк; Виддел, Фридрих; Гизеке, Армин; Аманн, Рудольф; Йоргенсен, Бо Баркер; Витте, Урсула; Пфаннкуче, Олаф (2000). «Консорциум морских микробов, по-видимому, опосредующий анаэробное окисление метана». Природа. 407 (6804): 623–626. Дои:10.1038/35036572. PMID  11034209. S2CID  205009562 - через Research Gate.
  4. ^ Шеллер, Сильван; Ю, Ханг; Chadwick, Grayson L .; МакГлинн, Шон Э .; Сирота, Виктория Дж. (2016). «Искусственные акцепторы электронов отделяют окисление метана архей от восстановления сульфата» (PDF). Наука. 351 (6274): 703–707. Дои:10.1126 / science.aad7154. PMID  26912857. S2CID  41009096.
  5. ^ Милука, Яна; Кирф, Матиас; Лу, Лу; Крупке, Андреас; Лам, Филлис; Литтманн, Стен; Kuypers, Marcel M.M .; Шуберт, Карстен Дж. (Сентябрь 2015 г.). «Окисление метана в сочетании с кислородным фотосинтезом в бескислородных водах». Журнал ISME. 9 (9): 1991–2002. Дои:10.1038 / ismej.2015.12. ЧВК  4542029. PMID  25679533.
  6. ^ Ле Паж, Майкл (2016-11-19). «Еда из природного газа скоро будет кормить сельскохозяйственных животных - и нас». Новый ученый. Получено 2016-12-11.
  7. ^ а б Ettwig, K. F .; Батлер, М. К .; Le Paslier, D .; Pelletier, E .; Mangenot, S .; Kuypers, M. M. M .; Schreiber, F .; Dutilh, B.E .; Zedelius, J .; De Beer, D .; Gloerich, J .; Wessels, H. J. C. T .; Ван Ален, Т .; Luesken, F .; Wu, M. L .; Van De Pas-Schoonen, K. T .; Оп ден Кэмп, Х. Дж. М .; Janssen-Megens, E.M .; Francoijs, K. J .; Stunnenberg, H .; Weissenbach, J .; Jetten, M. S. M .; Строус, М. (2010). «Анаэробное окисление метана под действием нитритов кислородными бактериями» (PDF). Природа. 464 (7288): 543–548. Bibcode:2010Натура.464..543E. Дои:10.1038 / природа08883. PMID  20336137. S2CID  205220000.
  8. ^ Штейн, Лиза Ю .; Соважо, Доминик; Meier-Kolthoff, Jan P .; Ората, Фабини Д. (2018). «Филогеномный анализ гаммапротеобактериальных метанотрофов (отряда Methylococcales) требует переклассификации членов на уровне родов и видов». Границы микробиологии. 9: 3162. Дои:10.3389 / fmicb.2018.03162. ISSN  1664-302X. ЧВК  6315193. PMID  30631317.
  9. ^ а б Hanson, R. S .; Хэнсон, Т. Э. (1996). «Метанотрофные бактерии». Микробиологические обзоры. 60 (2): 439–471. Дои:10.1128 / MMBR.60.2.439-471.1996. ЧВК  239451. PMID  8801441.
  10. ^ Либерман, Р. Л .; Розенцвейг, А. С. (2004). «Биологическое окисление метана: регуляция, биохимия и структура активных центров твердой монооксигеназы метана». Критические обзоры в биохимии и молекулярной биологии. 39 (3): 147–164. Дои:10.1080/10409230490475507. PMID  15596549. S2CID  21628195.

внешняя ссылка