Биология

Выяснен механизм синтеза этилена бактериями

Andy Sproles/ORNI

Сотрудники Ок-Риджской национальной лаборатории и Университета штата Огайо открыли новый путь синтеза серосодержащей кислоты метионина, в качестве побочного продукта которого образуется метан и этилен. Статья об открытии опубликована в журнале Science.

«В течение примерно десяти лет мы и наши коллеги изучали производство этилена бактериями, живущими в кислородсодержащих средах, — рассказывает ведущий автор работы, научный сотрудник Университета штата Огайо Джастин Норт. — Однако для осуществления такого процесса есть одно препятствие: дело в том, что смесь этилена и кислорода взрывоопасна. Теперь мы открыли механизм получения этилена в анаэробных средах, благодаря которому получение этого газа с помощью бактерий можно сделать безопаснее».

Авторы новой работы вели непрерывный анализ степени фиксации углерода и обмена азота и серы в фотосинтетических бактериях. В одном из экспериментов ученые решили измерить газы, которые потребляет и испускает Rhodospirillum rubrum и другие микробы того же рода, когда они испытывают недостаток серы. Оказалось, что один из продуктов жизнедеятельности этих организмов — этилен.

Тогда биологи решили изучить этот новый метаболический процесс, используя радиоактивные метки для отслеживания соединений-предшественников. Оказалось, что выделение этилена тесно связано с производством метионина. Но для того, чтобы установить связь между этим процессом и регулирующими его ферментами, ученым пришлось использовать сложный метод анализа.

Исследователи проанализировали протеомы синтезирующих этилен бактерий при двух различных сценариях. В первом сценарии среда обитания микроорганизмов содержала мало серы и они вырабатывали этилен, а во втором серы было достаточно и органический газ не выделялся. Ранее ученые разработали новый подход к характеристике протеомов микробных систем с помощью масс-спектрометрии — метода, который заключается в расщеплении молекул на составляющие и измерении отношения массы к заряду образовавшихся частиц.

В результате биологам удалось идентифицировать тысячи белков в системах с низким и высоким содержанием серы и выяснить, сколько соединений определенного типа содержится в бактериях при разных условиях. Это позволило авторам выделить несколько соединений-«претендентов», которые они продолжили анализировать далее. Исследователи обнаружили семейство нитрогеназ — белков, которые помогают бактериям фиксировать атмосферный азот. Этих ферментов оказалось почти в 50 раз больше у бактерий, живших при низкой концентрации серы и производящих этилен, чем у тех, кто не отказывал себе в сере. Также при дефиците серы ученые обнаружили повышение концентрации белков, связанных с метаболизмом железа и серы.

Нитрогеназы расщепляют связи между углеродом и серой и восстанавливают 2-(метилмеркапто)этанол, чтобы затем с помощью других реакций бактерия могла получить из него метионин. В результате этого процесса микроорганизмы выделяют этилен в качестве побочного продукта. Исследователи обнаружили, что если источник серы изменить на диметилсульфид, наиболее распространенное летучее органическое соединение серы, бактерии начинают использовать его в метиониновом пути и в качестве побочного продукта выделяют метан.

Открытие этих механизмов позволит производить более дешевые этилен и метан. Сегодня этилен получают в основном из нефти с помощью пиролиза, а новый путь позволит сделать синтез более экологичным. Кроме того, бактерии могут позволить создавать метан без необходимости его трудоемкой добычи.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.