В публикации в журнале Nature ученые во главе с Ньюкаслским университетом представили новое понимание того, как метанотрофы могут использовать большие количества меди для окисления метана.Они определили новое семейство белков хранения меди под названием Csp, которые присутствуют в ряде бактерий. Эти белки хранят металл таким образом, который ранее не наблюдался, и их широкое присутствие среди различных бактерий поднимает важные вопросы о том, как бактерии используют ионы меди, которые также могут быть токсичными для клеток.Потенциал
Доступность метана увеличивается по мере того, как растет добыча природного газа, и все больше метана уходит в атмосферу. Метанотрофы являются основным биологическим механизмом для уменьшения выделения метана, потребляя его для получения углерода и энергии. Эти организмы также имеют большой потенциал в биотехнологическом использовании метана, легко возобновляемого источника углерода, для производства сыпучих и тонких химикатов и устойчивой энергии.
Для окисления метана метанотрофы используют фермент, называемый метанмонооксигеназой, основным кофактором которой является медь (некоторые также могут использовать железо). Поэтому понимание того, как метанотрофы обращаются с медью, имеет большое значение для всех потенциальных применений этих организмов.Ученые описывают открытие и характеристики Csp1 из метанотрофа, который может связывать большие количества меди, и предполагают, что это белок, который накапливает медь для окисления метана.
Ведущий автор Крис Деннисон, профессор биологической химии в Университете Ньюкасла, объяснил: «Метан — такой полезный и распространенный товар, но нам нужны более рентабельные методы, чтобы раскрыть его потенциал. Использование бактерий может быть лучшим вариантом, поэтому лучше узнать, как эти бактерии требуется работа.
«Поскольку медь так важна для окисления метана, все потенциальные применения, основанные на этой реакционной способности, требуют знания того, как метанотрофы приобретают и хранят медь. Открытие Csps добавляет новое измерение в наше понимание этого сложного процесса».Соавтор Колин Мюррелл, профессор микробиологии окружающей среды в Университете Восточной Англии, прокомментировал: «Мы знаем, что медь является жизненно важным элементом для биологического окисления метана уже более тридцати лет, и эта новая информация действительно поможет нам сформулировать новые стратегии для используя эти бактерии как в лаборатории, так и в окружающей среде ».
МетодМеталлопротеомика была использована для обнаружения Csp1 в очень сложной смеси белков. Анализ рекомбинантного Csp1 с использованием ряда биохимических и биофизических методов позволил понять связывание меди с помощью Csp1 на молекулярном уровне.
Это включает определение кристаллических структур Csp1 с использованием оборудования Diamond Light Source. Генетически модифицированный метанотроф был создан для демонстрации физиологической функции Csp1.Доктор Нил Патерсон, научный сотрудник Diamond Light Source после получения докторской степени, сказал: «Способность Diamond Light Source обеспечивать настраиваемую энергию рентгеновского излучения позволила нам использовать внутренние ионы меди в белке для решения кристаллической структуры с помощью X- дифракции лучей, а также определить их степень окисления с помощью рентгеновской флуоресцентной спектроскопии ».
СоставCsp1 обладает складкой из четырех спиралей, хорошо известным структурным мотивом для белков. Поразительной особенностью Csp1 является то, что несколько остатков цистеина, которые, как известно, активно связывают медь, указывают на ядро связки, что предлагает новый способ хранения металла.
Исследования связывания меди и кристаллической структуры белка с медью дают подробное представление о том, как четырехспиральный пучок Csp1 может быть заполнен ионами меди.