Благодаря способности высасывать тяжелые металлы из окружающей среды и переваривать мощный парниковый газ, метанотрофные бактерии выполняют двойную функцию, когда дело доходит до очистки окружающей среды.
Но прежде чем исследователи смогут изучить потенциальные возможности сохранения, они сначала должны лучше понять основные физиологические процессы бактерий. Эми С. Розенцвейг из Северо-Западного университета недавно сконструировала еще одну часть головоломки. Ее лаборатория идентифицировала два ранее не изученных белка, называемых MbnB и MbnC, которые частично ответственны за внутреннюю работу бактерий.
«Наши результаты выходят далеко за пределы метанотрофных бактерий», - сказал Розенцвейг, заслуженный профессор наук о жизни семьи Вайнбергов и профессор молекулярной биологии и химии в Северо-Западном колледже искусств и наук Вайнберга. «Эти два белка обнаружены в ряде других бактерий, включая патогены человека».
Работа будет опубликована завтра, 23 марта, в журнале Science.
Метанотрофные бактерии, или, проще говоря, «метанотрофы», берут медь из окружающей среды, чтобы внедрить ее в молекулярный механизм, который метаболизирует метан, превращая его в метанол для пищевых продуктов. Чтобы получить медь, многие метанотрофы выделяют химически модифицированный пептид, называемый метанобактином, который прочно связывается с ионами меди, втягивая их в клетку. До сих пор клеточный механизм, управляющий образованием метанобактина, был мало изучен.
Команда Розенцвейга обнаружила, что два белка - MbnB и MbnC - частично ответственны за производство метанобактина. Вместе эти белки образуют железосодержащий ферментный комплекс, который превращает аминокислоту в две органические химические группы. Эта химия приводит к метанобактину, который рекрутирует медь в клетку. Розенцвейг и ее команда также обнаружили, что эти два белка управляют производством метанобактина во всех семействах видов, продуцирующих метанобактин, включая неметанотрофов.
«Участие фермента, требующего металл, в формировании этих типов химических групп беспрецедентно, и ни один из двух белков ранее не изучался», - сказал Розенцвейг. «Более того, подобные ферменты, по-видимому, производятся в других контекстах, что позволяет предположить, что эта химия важна не только для производства метанобактина."
Это открытие облегчает исследователям изучение метанобактина, потому что они могут работать с белками в пробирках, а не манипулировать целыми живыми микроорганизмами. Это также приближает мир к многообещающим применениям метанотрофов. Многие люди представляют себе использование фильтров, созданных из бактерий, для удаления метана из атмосферы или для удаления метана из запасов природного газа. Но Розенцвейг считает, что из-за производства метанобактина метанотрофы могут применяться не только для очистки окружающей среды.
Поскольку метанобактин так прочно связывает медь, его исследовали в качестве средства для лечения болезни Вильсона, редкого генетического заболевания, при котором организм пациента не может выводить медь, поступающую с пищей, поэтому она накапливается в мозге и печени. Некоторые исследователи также считают, что метанобактин обладает антибактериальными свойствами и может быть использован в новом классе антибиотиков.
«Теперь, когда мы знаем, какие микробные гены и белки искать, и теперь, когда мы знаем, что делают некоторые из ключевых белков, мы можем эффективно предсказать, какие виды будут производить новые и разные метанобактины», - сказал Розенцвейг.«И мы можем проверить эти соединения на биологическую активность».
Исследование называется «Биосинтез метанобактина». Грейс Э. Кенни, аспирант лаборатории Розенцвейга, была первым автором статьи.
Исследование было поддержано Национальным институтом здравоохранения (номера наград GM118035, R01AT009143, U54-GM094662, U54 GM093342, P01 GM118303, R00GM111978 и F32GM110934, а также Национальным научным фондом (номера наград MCB0842366 и MCB4883076).