Ученые из Стенфордского университета (США) выяснили, как микробы-метанопродуценты используют электричество и диоксид углерода для синтеза метана. Они первые объяснили, как электроны попадают от электрода к клеткам микроба. Эта работа поможет ученым разработать микробные фабрики, которые производят метан. Результаты опубликованы в журнале mBio, а ее популярную версию излагает Phys.org.
Метанопродуценты — это одноклеточные организмы, напоминающие бактерий, но принадлежащие генетически отдаленному домену архей. Они живут в осадках, разном растительном мусоре, питаются диоксидом углерода и электронами, а выделяют метан. В природе метанопродуценты берут электроны из водорода и других молекул, которые образуются во время разложения органических материалов или бактериальной ферментации. Можно ли использовать этот механизм в лаборатории и промышленности, а именно в микробных фабриках?
Чтобы выяснить это, ученые под руководством ведущего автора статьи Йорга Дойцманна (Jörg Deutzmann) поставили ряд опытов и использовали для этого метанопродуценты Methanococcus maripaludis. Культуру этих микробов вырастили в колбах, оснащенных графитовыми электродами — поставщиками электронов. Микробов кормили диоксидом углерода. Как и ожидалось, они выделяли метан, но также оказалось, что микробы производят и водород. Возможно, электроны от молекул водорода как-то передаются микробам?
Чтобы проверить это, ученые вырастили микробов-мутантов, у которых убрали шесть генов, чтобы лишить их способности производить фермент гидрогеназу. Без гидрогиназы микробы не могут вырабатывать водород. Такие мутированные микробы сократили производство метана в 10 раз. Таким образом, удалось доказать, что ферменты переносят электроны к микробам.
Знание этого процесса поможет ученым спроектировать большие биореакторы, где бы микробы перерабатывали атмосферный диоксид углерода в метан, используя при этом чистую электроэнергию, полученную от солнечных, ветряных и других возобновляемых источников энергии.
