Ученые модифицировали микробы, чтобы определить источники метана в окружающей среде

Около двух третей всех выбросов атмосферного метана — мощного парникового газа, нагревающего планету — производят микробы, живущие в бескислородных средах, таких как болота, рисовые поля, свалки и желудки коров. Однако отслеживание конкретных источников этого метана и оценка их вклада остается сложной задачей. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли впервые применили технологию CRISPR для манипуляции ключевым ферментом, производящим метан у микробов-метаногенов, и выяснили, как активность этого фермента влияет на изотопный состав газа. Результаты, опубликованные в журнале Science, могут изменить подход к расчету вклада различных природных источников в общий баланс метана на Земле.

Традиционно для определения происхождения метана ученые измеряют изотопный состав его атомов углерода и водорода, который служит своего рода «отпечатком пальца» для разных источников. Ранее считалось, что этот «отпечаток» в основном зависит от того, какое «топливо» (ацетат, метанол или водород) потребляют метаногены. Новое исследование показало, что изотопный состав также сильно зависит от условий среды и реакции самих микробов на эти условия, в частности от уровня экспрессии фермента метил-кофермент М-редуктазы (MCR). При снижении его активности в клетках запускаются сложные метаболические перестройки, приводящие к обмену водорода между метаном и водой, что меняет итоговый изотопный сигнал.

«Мы предлагаем, чтобы при изучении изотопного состава метана мы, по крайней мере, учитывали клеточный ответ метаногенов на их окружающую среду», — заявил ведущий автор работы, постдок Джонатан Гропп. Это открывает путь для интеграции методов молекулярной биологии и изотопной геохимии для решения экологических проблем. Кроме того, технология управления экспрессией ферментов у метаногенов может быть использована не только для более точного отслеживания источников метана, но и для перенаправления метаболизма микробов на производство полезных веществ вместо этого парникового газа.