Metanótrofo

Os metanótrofos (ás veces chamados metanófilos) son procariotas que son capaces de metabolizar metano como única fonte de carbono e enerxía, o que se denomina metanotrofia. Estes microorganismos poden crecer aeróbica ou anaerobicamente e requiren compostos dun só carbono para vivir. En condicións aeróbicas, combinan oxíxeno e metano para formar formaldehido, o cal despois incorporan a moléculas orgánicas pola vía da serina ou pola vía da ribulosa monofosfato (RuMP). Os metanótrofos de tipo I pertencen ás Gammaproteobacteria e utilizan a vía da RuMP para asimilar o carbono. Os metanótrofos de tipo II pertencen ás Alphaproteobacteria e utilizan a vía da serina para a asimilación do carbono. Teñen tamén caracteristicamente un sistema de membranas internas no cal se produce a oxidación do metano. Os metanótrofos viven principalmente nos solos, e son especialmente comúns en ambientes próximos a zonas de produción de metano. Os seus posibles hábitat inclúen os océanos, barro, pantanos, ambientes subterráneos, solos, campos de arroz e vertedoiros de residuos. Son de especial interese para os investigadores que estudan o quecemento global, xa que son significativos no balance global do metano.^[1]^[2]

A capacidade que teñen os metanótrofos de detoxificar algúns contaminantes ambientais como os hidrocarburos clorados fixo deles modelos atractivos para os procesos de biorremediación. Igualmente, o metano é un potencial gas de efecto invernadoiro, moito máis potente que o dióxido de carbono. Por tanto, os metanótrofos xogan un papel principal na redución da liberación de metano á atmosfera en ambientes como os campos de arroz, vertedoiros, e terreos pantanosos onde a produción de metano é relativamente alta.

Os metanótrofos divídense en varios grupos segundo o método que utilicen para a fixación do formaldehido e a estrutura das súas membranas. Entre eles están as Methylococcaceae e as Methylocystaceae. Aínda que ambos os dous grupos son proteobacterias, pertencen a distintas subclases. Outras especies de metanótrofos encóntranse entre os Verrucomicrobia.

A metanotrofia é un caso especial de metilotrofía, que usa compostos dun só carbono máis reducidos que o dióxido de carbono. Porén, algúns metilótrofos poden tamén usar compostos de varios carbonos, o que os diferencia dos metanótrofos que son xeralmente organismos esixentes que oxidan o metano ou o metanol. Os únicos metanótrofos facultativos illados ata agora son membros dos xéneros Methylocella e Methylocystis.

En termos funcionais, os metanótrofos considéranse bacterias que oxidan metano, pero non todas as bacterias que oxidan metano son metanótrofos dos solos, polo que estas bacterias se dividen en catro subgrupos: dous grupos de bacterias que asimilan o metano (MAB), que son os metanótrofos por antonomasia, e dous grupos de bacterias que oxidan o amoníaco autótrofas (AAOB).^[2]

Os metanótrofos oxidan metano comezando primeiro pola redución dun átomo de oxíxeno a H₂O₂ e a transformación do metano en CH₃OH (metanol) utilizando os encimas metano monooxixenases (MMOs).^[3] Ademais, illáronse dous tipos de MMO dos metanótrofos: as metano monooxixenases solubles (sMMO) e as metano oxixenases particuladas (pMMO). As células que conteñen pMMO teñen maiores capacidades de crecemento e maior afinidade polo metano que as que conteñen sMMO.^[3] Sospéitase que os ións de cobre poden xogar un papel chave tanto na regulación coma na catálise encimática das pMMO, o que limita ás células con pMMO a vivir en ambientes máis ricos en cobre que as células que producen sMMO.^[4]

Investigacións feitas en ambientes mariños revelaron que o metano pode ser oxidado anaerobicamente por consorcios de arqueas que oxidan metano e bacterias que reducen sulfato (estes dous organismos deben colaborar). A oxidación anaeróbica do metano ocorre principalmente en sedimentos mariños anóxicos. O mecanismo exacto da oxidación do metano en condicións anaeróbicas aínda se debate, pero a teoría máis amplamente aceptada é que as arqueas usan a vía da metanoxénese inversa para producir dióxido de carbono e outra substancia descoñecida. Este intermediario descoñecido é utilizado despois polas bacterias que reducen o sulfato para obter enerxía da redución do sulfato a sulfuro de hidróxeno. Os metanótrofos anaerobios non están relacionados cos metanótrofos aeróbicos coñecidos; os organismos cultivados máis próximos aos metanótrofos anaeróbicos son os metanóxenos da orde Methanosarcinales.

Recentemente, identificouse unha nova bacteria chamada Candidatus Methylomirabilis oxyfera que pode acoplar a oxidación anaeróbica do metano á redución de nitrito sen necesidade de ter un socio sintrófico.^[5] Baseándose nos estudos de Ettwig et al.,^[5] crese que M. oxyfera oxida metano anaerobicamente utilizando o oxíxeno producido internamente a partir da dismutación do óxido nítrico nos gases nitróxeno e oxíxeno.

Notas

↑ Oremland, R. S.; Culbertson, C. W. (1992). "Importance of methane-oxidizing bacteria in the methane budget as revealed by the use of a specific inhibitor". Nature 356 (6368): 421. Bibcode:1992Natur.356..421O. doi 10.1038/356421a0. [1]
↑ ^2,0 ^2,1 Holmes, AJ; Roslev, P; McDonald, IR; Iversen, N; Henriksen, K; Murrell, JC (1999). "Characterization of methanotrophic bacterial populations in soils showing atmospheric methane uptake". Applied and environmental microbiology 65 (8): 3312–8. PMC 91497. PMID 10427012.
↑ ^3,0 ^3,1 Hanson, R. S.; Hanson, T. E. (1996). "Methanotrophic bacteria". Microbiological reviews 60 (2): 439–471. PMC 239451. PMID 8801441.
↑ Lieberman, R. L.; Rosenzweig, A. C. (2004). "Biological Methane Oxidation: Regulation, Biochemistry, and Active Site Structure of Particulate Methane Monooxygenase". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 39 (3): 147–164. doi:10.1080/10409230490475507. PMID 15596549.
↑ ^5,0 ^5,1 Ettwig, K. F.; Butler, M. K.; 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.; Van Alen, T.; Luesken, F.; Wu, M. L.; Van De Pas-Schoonen, K. T.; Op Den Camp, H. J. M.; Janssen-Megens, E. M.; Francoijs, K. J.; Stunnenberg, H.; Weissenbach, J.; Jetten, M. S. M.; Strous, M. (2010). "Nitrite-driven anaerobic methane oxidation by oxygenic bacteria". Nature 464 (7288): 543–548. doi:10.1038/nature08883. PMID 20336137.

Véxase tamén

Ligazóns externas

Methane-Eating Bug Holds Promise For Cutting Greenhouse Gas. Media Release, GNS Science, New Zealand

[1] Oremland, R. S.; Culbertson, C. W. (1992). "Importance of methane-oxidizing bacteria in the methane budget as revealed by the use of a specific inhibitor". Nature 356 (6368): 421. Bibcode:1992Natur.356..421O. doi 10.1038/356421a0. [1]

[pmid10427012-2] 2,0 ^2,1 Holmes, AJ; Roslev, P; McDonald, IR; Iversen, N; Henriksen, K; Murrell, JC (1999). "Characterization of methanotrophic bacterial populations in soils showing atmospheric methane uptake". Applied and environmental microbiology 65 (8): 3312–8. PMC 91497. PMID 10427012.

[pmid8801441-3] 3,0 ^3,1 Hanson, R. S.; Hanson, T. E. (1996). "Methanotrophic bacteria". Microbiological reviews 60 (2): 439–471. PMC 239451. PMID 8801441.

[4] Lieberman, R. L.; Rosenzweig, A. C. (2004). "Biological Methane Oxidation: Regulation, Biochemistry, and Active Site Structure of Particulate Methane Monooxygenase". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 39 (3): 147–164. doi:10.1080/10409230490475507. PMID 15596549.

[Ettwig2010-5] 5,0 ^5,1 Ettwig, K. F.; Butler, M. K.; 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.; Van Alen, T.; Luesken, F.; Wu, M. L.; Van De Pas-Schoonen, K. T.; Op Den Camp, H. J. M.; Janssen-Megens, E. M.; Francoijs, K. J.; Stunnenberg, H.; Weissenbach, J.; Jetten, M. S. M.; Strous, M. (2010). "Nitrite-driven anaerobic methane oxidation by oxygenic bacteria". Nature 464 (7288): 543–548. doi:10.1038/nature08883. PMID 20336137.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]