Неожиданное открытие дало ученым более глубокое понимание важного фермента, производящего метан.
Группа исследователей из Института геномной биологии им. Карла Р. Вёзе (IGB) при Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн опубликовала в eLife статью, в которой изложила свои выводы о ферменте под названием метил-коэнзим М-редуктаза. или MCR.
Их результаты опровергают то, что ранее считалось верным в этой области: набор уникальных модификаций, присутствующих в MCR, был необходим для функционирования фермента.
Они обнаружили, что эти модификации на самом деле не были существенными, открытие, которое приблизит ученых к полному пониманию этого фермента, который играет важную роль в производстве метана и углеродном цикле.
Метан является важным парниковым газом, на долю которого приходится примерно 20 процентов парникового эффекта, который способствует потеплению Земли.
Метан поступает как из геологических, так и из биологических источников, в том числе из группы микроорганизмов, называемых метаногенами. Эти микроскопические организмы, принадлежащие к домену Archaea, производят метан как побочный продукт своего метаболизма. Ежегодно метаногены производят гигатонны метана.
Метаногены имеют фермент MCR, который является единственным ферментом, который производит метан. Это важно как для производства, так и для потребления метана.
«Это чрезвычайно важный фермент», - сказал профессор молекулярной и клеточной биологии Уильям Меткалф, соавтор статьи и руководитель темы IGB Mining Microbial Genomes (MMG).«Я бы сказал, что это один из самых важных ферментов на Земле для углеродного цикла».
MCR также обладает некоторыми необычными свойствами. В отличие от большинства ферментов, MCR имеет ряд модификаций, которые изменяют аминокислоты фермента. Ранее считалось, что эти модификации необходимы для функций фермента.
До сих пор было невозможно провести генетический анализ этих ферментов, который включал бы удаление этих модификаций и изучение того, как фермент работает без них.
«Считалось, что если вы сделаете это, фермент не будет работать», - сказал Меткалф. «Поскольку этот фермент необходим для жизнеспособности организма, он считался важным геном».
Но Дуглас Митчелл, профессор химии и преподаватель темы MMG IGB, думал иначе. Он и его исследовательская лаборатория изучали класс молекул, имеющих одну из модификаций, которая также присутствует в MCR. Они выяснили, как была осуществлена эта модификация, и предсказали, что тот же ферментативный механизм, который использовался для модификации MCR в метаногенах, был тем же самым механизмом, который использовался для создания антибиотиков и бактерий.
Однако, по словам Нилкамала Маханты, исследователя с докторской степенью в лаборатории Митчелла, который участвовал в исследовании, у их лаборатории было ограничение. Их лаборатория была ограничена в своих возможностях проводить эксперименты, необходимые для того, чтобы проверить, правда ли это. Организмы, которые они хотели изучить, существуют только в анаэробной среде, не содержащей кислорода.
Товарищ IGB Наяк недавно разработал новый генетический инструмент, который мог манипулировать этим типом организма. Она использовала этот инструмент для изучения физических свойств MCR и понимания того, как он работает, и обнаружила, что модификация не имеет существенного значения для функции фермента.
Это стало неожиданностью для многих в этой области исследований, а также для Меткалфа и Наяка.
«Когда я начинал этот проект, я не совсем понимал важность этих модификаций», - сказал Наяк.«По мере того, как проект продвигался вперед… я понял влияние сделанного нами открытия, что эта модификация, которую мы считали важной и связанной с образованием метана или разрушением метана, внезапно перестала играть такую важную роль, как люди в литературе. говорили последние 10 или 15 лет, а может, даже дольше."
Их результаты показывают, что об этом ферменте и его роли в производстве и потреблении метана еще многое предстоит узнать.