Метан-продуцирующий микроорганизм питается железом

Новое понимание того, как важный микроорганизм, производящий метан, создаёт метан и углекислый газ, в перспективе может позволить учёным управлять объёмом выброса этих парниковых газов в атмосферу. Исследователи из Университета Пенсильвании предложили обновлённую биохимическую модель, объясняющую, как микроорганизм использует железо для более эффективного получения энергии при производстве метана. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Микроорганизм Methanosarcina acetivorans играет ключевую роль в углеродном цикле, превращая уксусную кислоту в метан и CO₂. Однако было неясно, откуда он берёт энергию для выживания в бескислородных средах, таких как дно океана и рисовые чеки. Учёные установили, что окисленная форма железа (Fe³⁺, по сути, ржавчина) позволяет микроорганизму работать эффективнее: потреблять больше уксусной кислоты, производить больше метана и больше АТФ — химического источника энергии для биологических реакций.

Это открытие позволило обновить представления о метаболическом пути M. acetivorans, включив в него процесс, аналогичный дыханию. В присутствии железа микроорганизм использует «дыхание» даже без кислорода, что значительно повышает эффективность. Ключевую роль в этом играет недавно открытый процесс электронного бифуркационного расщепления, который позволяет запасать энергию в виде АТФ вместо её потери в виде тепла.

Обновлённая модель позволяет прогнозировать количество метана, выделяемого микроорганизмом в атмосферу. Например, измерение содержания Fe³⁺ в рисовых полях — основном источнике атмосферного метана — поможет улучшить климатические модели. Более того, железо влияет на соотношение производимых газов: с его увеличением растёт доля CO₂ относительно метана. Поскольку метан как парниковый газ в 30 раз мощнее CO₂, управление этим соотношением с помощью железа открывает путь к потенциальному снижению выбросов.