Como las arqueas que consumen etano están recogiendo su plato favorito

Los consumidores de etano dependen de la misma enzima que los consumidores de metano

En los sedimentos de aguas profundas, el calor geotérmico degrada la materia orgánica en petróleo y gases naturales como el etano. El etano es consumido por diferentes microorganismos que forman la llamada confederación: arqueas, que descomponen el gas natural, y bacterias, que unen los electrones liberados en el proceso para la reducción de sulfato, un compuesto abundante en el océano. El descubrimiento de microbios que comen etano trajo un soplo de aire fresco a la investigación. En comparación con los microbios que comen metano que tardan mucho en crecer, los especialistas en etano crecen más rápido y se duplican cada semana. Así, se reduce el tiempo de producción de biomasa, lo que permite intentar purificar y caracterizar las enzimas clave que catalizan la oxidación del gas natural.

Para probar las similitudes entre las enzimas que catalizan la activación del metano y el metano, Cedric Hahn agregó un conocido inhibidor molecular de la oxidación del metano a su cultivo. Este tratamiento también abolió la oxidación del etano. “Esto indica que las arqueas oxidantes de etano activan el etano en reacciones enzimáticas similares a las de la metanólisis / generación”, dice Cedric Hahn. Estas enzimas son la experiencia esencial de Tristan Wagner, quien las ha estudiado durante varios años.

Estructura reinventado con un asombroso nivel de precisión

Cedric Hahn y Olivier Lemaire, primeros autores del artículo ahora publicado en CienciasLuego intentó purificar la enzima responsable de fijar el etano. «El proyecto estuvo lleno de desafíos», dice Olivier Lemerre. «Normalmente purificamos enzimas a partir de cantidades mucho mayores de biomasa de una granja que contiene un solo microorganismo. Sin embargo, finalmente obtuvimos cantidades suficientes de enzimas puras para análisis estructurales».

El siguiente paso crítico fue obtener cristales de la enzima para determinar su estructura tridimensional. “La cristalografía de rayos X ha dado excelentes resultados antes de este grupo de enzimas”, dice Tristan Wagner, jefe del Grupo de Investigación del Metabolismo Microbiano y experto en esta técnica. «Analizamos estos cristales por difracción de rayos X y resolvimos la estructura de la enzima con una precisión atómica sin precedentes. De este modo podemos determinar la posición de los átomos individuales y así obtener una imagen muy precisa de la estructura».

El chasis muestra muchas características sin precedentes. «Notamos que la cámara catalítica en la que tiene lugar la reacción química tiene el doble del tamaño de las enzimas que capturan el metano, lo que tiene sentido dado que el etano es más grande que el metano», dice Olivier Le Maire. El cofactor, el catalizador de la reacción, contiene dos grupos metilo adicionales. Estos grupos metilo fueron confirmados por Jörg Kahnt del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre, un experto mundial en este cofactor. «Encontramos una proteína que podría ser responsable de estos metilos y solo se encuentra en los consumidores de etano», dice Cedric Hahn. Dado que la habitación es más grande, un catalizador normal simplemente no encajará correctamente y la reacción se verá afectada. La metilación en el cofactor lo bloquea en la posición correcta.

Además, la enzima contiene un túnel que conecta el segmento exterior a la cámara catalítica. Este túnel no se encuentra en ninguna enzima similar. Los investigadores demostraron experimentalmente la existencia de este túnel al colaborar con Sylvain Engelberg en el Instituto Paul Scherer en Suiza, donde se utilizó gas xenón en los cristales de proteína. El xenón fue descubierto en la cámara catalítica y el túnel de gas esperado, lo que demuestra su existencia. El túnel se mantiene y estabiliza mediante aminoácidos modificados y extensiones adicionales.

Ahora las luces están cambiando a propano y butano.

La estructura de la enzima ilustra cómo estos microbios de la lixiviación activa geotérmica se han especializado en la captura de etano. Este trabajo permite una comprensión más profunda del primer paso en la descomposición del etano, la única fuente de energía para estas arqueas. Tristan Wagner concluye: «Nuestro descubrimiento de que la enzima responsable del proceso tiene características específicas de reconocer etano en lugar de otros alcanos representa un gran paso adelante, sin embargo, la comprensión de todo el proceso de degradación sigue siendo difícil de alcanzar».

Entonces, ¿cómo procedes con tu búsqueda? «Nuestro trabajo anterior muestra que la activación de alcanos más largos requiere enzimas similares», dice Gunther Wegener. «Como siguiente paso, queremos investigar las características específicas de las enzimas que catalizan la activación del propano y el butano».