Vědci odhalili skrytý mechanismus: Bakterie v přírodě rozkládají toxický chloromethan a chrání ozonovou vrstvu

Mezinárodní tým vědců pod vedením bioložky profesorky Julie Kurthové z Univerzity v Münsteru objevil a charakterizoval dosud neznámý enzymatický systém v anaerobních bakteriích druhu Acetobacterium dehalogenans.

Mezinárodní tým vědců pod vedením bioložky profesorky Julie Kurthové z Univerzity v Münsteru objevil a charakterizoval dosud neznámý enzymatický systém v anaerobních bakteriích druhu Acetobacterium dehalogenans. Tento systém dokáže přeměnit toxický plyn chloromethan na neškodné látky, což představuje významný průlom pro ochranu životního prostředí, klimatický výzkum a biotechnologie. Chloromethan je plyn, který je jedovatý pro člověka a přispívá k úbytku ozonové vrstvy. Vzniká při spalování uhlí, biomasy a dalších surovin, ale uvolňují ho i přírodní zdroje, jako jsou řasy, rostliny a houby.

Zatímco bylo známo, že aerobní bakterie závislé na kyslíku chloromethan degradují, proces jeho rozkladu v prostředích bez kysíku, kde žijí například bakterie Acetobacterium dehalogenans v kalu z čistíren odpadních vod, zůstával nejasný. Nově objevený enzymatický systém detoxikuje chloromethan tím, že z jeho methylové skupiny odstraňuje chloridový ion. Methylová skupina pak slouží bakterii jako zdroj uhlíku a energie. Biochemické a strukturní vlastnosti tohoto systému se liší od jiných enzymů, které přenášejí methylové skupiny. Vědci ukázali, že u Acetobacterium dehalogenans je chloromethan veden unikátním molekulárním tunelovým systémem do aktivního centra enzymu, kde dochází k přenosu methylové skupiny.

Výzkumníci rovněž prokázali, že genetická informace pro zapojené proteiny je přítomna i v jiných typech bakterií, včetně těch, které se nacházejí v lidském gastrointestinálním traktu a v sedimentech mořského dna. To naznačuje, že tato cesta rozkladu chloromethanu je v přírodě široce rozšířená. Objev má potenciál pro různé aplikace, například při sanaci znečištěného životního prostředí pomocí mikroorganismů. Anaerobní bakterie s nově objeveným enzymatickým systémem mohou rozkládat chloromethan na neškodné produkty v půdách a vodách, kde není přítomen kyslík.

Profesorka Kurthová zdůrazňuje, že výsledky mohou být relevantní i pro klimatický výzkum. Identifikace enzymů a genů umožňuje předpovídat, které další anaerobní mikroby pravděpodobně také přeměňují chloromethan a kde se vyskytují. To pomůže lépe pochopit, jak je chloromethan degradován v určitých ekosystémech, a přispěje k lepšímu porozumění globálnímu cyklu chloromethanu. Vzhledem k tomu, že chloromethan hraje roli v úbytku ozonové vrstvy, tyto poznatky pomohou zpřesnit klimatické modely. Chemický průmysl by navíc mohl tento enzym využít k selektivnímu rozkladu halogenovaných sloučenin, jako je chloromethan.

Enzymatický systém byl identifikován pomocí srovnávacích analýz genové exprese. K charakterizaci jeho fyzikálních vlastností tým použil UV-viditelnou spektroskopii a ke stanovení struktury enzymu a atomového složení rentgenovou krystalografii. Spektroskopie a strukturní analýza poskytly důležité poznatky o reakčním mechanismu enzymatického systému. Na studii se kromě skupiny z Münsteru podíleli vědci z univerzit ve Štrasburku a Grenoblu ve Francii, z Univerzity v Marburgu a z Institutu Maxe Plancka pro terestrickou mikrobiologii.