Jump to content

Метанотроф

(Перенаправлено из метанотрофов )

Метанотрофы (иногда называемые метанофилами ) представляют собой прокариоты , которые метаболизируют метатан в качестве источника углеродной и химической энергии . Это бактерии или археи , могут расти аэробно или анаэробно одноуглеродных соединений и требовать выживания .

Метанотрофы особенно распространены в или вблизи среды, где продуцируется метатан, хотя некоторые метанотрофы могут окислить атмосферный метатан . Их среда обитания включают водно -болотные угодья, почвы, болота, рисовые поля, свалки, водные системы (озера, океаны, ручьи) и многое другое. Они представляют особый интерес для исследователей, изучающих глобальное потепление , поскольку они играют значительную роль в глобальном бюджете метана, путем уменьшения количества метана, излученного в атмосферу. [ 1 ] [ 2 ]

Метанотрофия является особым случаем метилотрофии , используя одноуглеродные соединения, которые более снижены, чем диоксид углерода. Некоторые метилотрофы, однако, также могут использовать многоуглеродные соединения; Это отличает их от метанотрофов, которые обычно являются привередливыми окислителями метана и метанола. Единственные факультативные метанотрофы, выделенные на сегодняшний день, являются членами рода метилокеллы Silvestris , [ 3 ] [ 4 ] Methylocapsa Aurea [ 5 ] и несколько Methylocystis . штаммов [ 6 ]

В функциональных терминах метанотрофы называются метаноокисляющими бактериями. Тем не менее, метан-окисляющие бактерии охватывают другие организмы, которые не рассматриваются как единственные метанотрофы. По этой причине метаноокисляющие бактерии были разделены на подгруппы: метанозирующие бактерий (MAB), метанотрофы и автотрофные аммиак, окисляющие бактерии (AAOB), которые кокидизируют метатан. [ 2 ]

Классификация

[ редактировать ]

Метанотрофы могут быть бактериями или археей . Какие виды метанотрофа присутствуют в основном, определяется доступностью акцепторов электронов . Многие типы окислительных бактерий (MOB) известны. Различия в методе фиксации формальдегида и мембранной структуры делят эти бактериальные метанотрофы на несколько групп. Есть несколько подгрупп среди метанотрофной археи.

Аэробный

[ редактировать ]

В аэробных условиях метанотрофы объединяют кислород и метатан с образованием формальдегида , который затем включается в органические соединения через сериновый путь или путем рибралозного монофосфата (Rump), и углекислый газ, который высвобождается. Метанотрофы типа I и типа X являются частью Gammaproteobacteria , и они используют путь Rump для ассимиляции углерода. Метанотрофы типа II являются частью альфапротеобактерий и используют сериновый путь ассимиляции углерода. Они также характерно имеют систему внутренних мембран, в рамках которой происходит окисление метана . Метанотрофы в гаммапротеобактериях известны из семейства Methylococcaceae . [ 7 ] Метанотрофы из Alphaproteobacteria обнаружены в семействах Methylocystaceae и Beijerinckiaceae .

Аэробные метанотрофы также известны из метилацидифилацеи (Phylum verrucomicrobiota ). [ 8 ] В отличие от гаммапротеобактерий и альфапротеобактерий , метанотрофы в филоме verrucomicrobiota представляют собой миксотрофы . [ 9 ] [ 10 ] В 2021 году была обнаружена бактериальная корзина из филома гемматимонадоты, называемой « Candidatus methylotropicum kingii», показывающей аэробную метанотрофию, что позволяет присутствовать в четырех бактериальной филах. [ 11 ]

В некоторых случаях аэробное окисление метана может происходить в аноксических средах. « Candidatus methylomirabilis oxyfera » принадлежит к бактериям Phylum NC10 и может катализировать восстановление нитритов через «внутриаэробный» путь, в котором внутренне продуцируемый кислород используется для окисления метана. [ 12 ] [ 13 ] В озерах прозрачной воды метанотрофы могут жить в аноксической водной толще, но получать кислород от фотосинтетических организмов, которые затем они непосредственно потребляют для окисления метана. [ 14 ]

Никакой аэробной метанотрофной археи не известно.

Анаэробный

[ редактировать ]

В аноксических условиях метанотрофы используют разные акцепторы электронов для окисления метана. Это может произойти в аноксических местах обитания, таких как морские или озеро , минимальные зоны кислорода , аноксические воды для воды, рисовые поля и почвы. Некоторые специфические метанотрофы могут уменьшить нитрат, [ 15 ] нитрит, [ 16 ] железо, [ 17 ] сульфат, [ 18 ] или ионы марганца и соедините это с окислением метана без синтрофического партнера. Исследования в морских средах показали, что метан может быть окислен анаэробно консорциумами, окисляющими метана, и бактерий , снижающих сульфат . [ 19 ] [ 20 ] Этот тип анаэробного окисления метана (AOM) в основном происходит в аноксических морских отложениях. Точный механизм по-прежнему является темой дебатов, но наиболее широко принятой теория заключается в том, что архея использует обратный путь метаногенеза для получения диоксида углерода и другого, неизвестного промежуточного звена, который затем используется бактериями, уменьшающими сульфат, для получения энергии от уменьшения сульфата до сероводорода и воды.

Анаэробные метанотрофы не связаны с известными аэробными метанотрофами; Самыми близкими культурными родственниками к анаэробным метанотрофам являются метаногены в порядке метаносарканалов . [ 21 ]

Специальный вид

[ редактировать ]

Метилококк Capsulatus используется для получения корма для животных из природного газа. [ 22 ]

В 2010 году была идентифицирована новая бактерия Candidatus methylomirabilis oxyfera из Phylum NC10 , которая может соединить анаэробное окисление метана до восстановления нитрита без необходимости синтрофического партнера. [ 12 ] На основе исследований Ettwig et al., [ 12 ] Считается, что M. oxyfera окисляет метана анаэробно, используя кислород, продуцируемый внутри, от смягчения в оксида азота азот и газ кислорода.

Таксономия

[ редактировать ]

Многие метанотрофные культуры были выделены и формально охарактеризованы за последние 5 десятилетий, начиная с классического исследования Уиттенбери (Whittenbury et al., 1970). 18 родов культивируемых аэробных метанотрофных гаммапротеобактерий и 5 родов альфапротеобактерий В настоящее время известны , представленных ок. 60 различных видов. [ 23 ]

Окисление метана

[ редактировать ]
Путь с поперечным путем в метанотрофах типа I
Сериновый путь в метанотрофах типа II

Метанотрофы окисляют метатан путем первого инициируя восстановление диоксигена в H 2 O 2 и трансформацию метана в CH 3 OH с использованием метана монооксигеназ (MMO) . [ 24 ] Кроме того, два типа MMO были выделены из метанотрофов: растворимая метано -монооксигеназа (SMMO) и метанооооксигеназа частиц (PMMO) .

Клетки, содержащие PMMO, продемонстрировали более высокие возможности роста и более высокое сродство к метанам, чем клетки, содержащие SMMO. [ 24 ] Предполагается, что ионы меди могут играть ключевую роль как в регуляции PMMO, так и в ферментативном катализе, что ограничивает клетки PMMO более богатыми медь средами, чем клетки, продуцирующие SMMO. [ 25 ]

Смотрите также

[ редактировать ]
  1. ^ Oremland RS , Culbertson CW (1992). «Важность окисляющих метана бактерий в бюджете метана, как выявило при использовании специфического ингибитора». Природа . 356 (6368): 421–423. Bibcode : 1992natur.356..421o . doi : 10.1038/356421A0 . S2CID   4234351 .
  2. ^ Jump up to: а беременный Холмс А.Дж., Рослев П., Макдональд И.Р., Айверсен Н., Анриксен К., Мюррелл Дж.С. (август 1999 г.). «Характеристика метанотрофных бактериальных популяций в почвах, показывающих атмосферное поглощение метана» . Прикладная и экологическая микробиология . 65 (8): 3312–8. Bibcode : 1999apenm..65.3312H . doi : 10.1128/aem.65.8.3312-3318.1999 . PMC   91497 . PMID   10427012 .
  3. ^ Dedysh SN, Knief C, Dunfield PF (июль 2005 г.). «Виды метилоцеллы являются факультативно метанотрофными» . Журнал бактериологии . 187 (13): 4665–70. doi : 10.1128/jb.187.13.4665-4670.2005 . PMC   1151763 . PMID   15968078 .
  4. ^ Chen Y, Crombie A, Rahman MT, Dedysh SN, Liesack W, Stott MB, et al. (Июль 2010). «Полная последовательность генома аэробного факультативного метанотрофного метилоселлы Silvestris BL2» . Журнал бактериологии . 192 (14): 3840–1. doi : 10.1128/jb.00506-10 . PMC   2897342 . PMID   20472789 .
  5. ^ Данфилд П.Ф., Белова С.Е., Вороб'ев А.В., Корниш С.Л., Дедиш С.Н. (ноябрь 2010 г.). «Methylocapsa aurea sp. Nov., Факультативный метанотроф, обладающий монуоксигеназой с частицами, и приведено в описание рода метилокапса» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 60 (Pt 11): 2659–2664. doi : 10.1099/ijs.0.020149-0 . PMID   20061505 .
  6. ^ Белова С.Е., Баани М., Сузина Н.Е., Бодолер П.Л., Лизак В., Дедиш С.Н. (февраль 2011 г.). «Использование ацетата в качестве стратегии выживания, полученного в торфу, метилоцистис, SPP» . Отчеты о микробиологии окружающей среды . 3 (1): 36–46. Bibcode : 2011envmr ... 3 ... 36b . doi : 10.1111/j.1758-2229.2010.00180.x . PMID   23761229 .
  7. ^ Stein Ly, Roy R, Dunfield PF (2012-04-16). «Аэробная метанотрофия и нитрификация: процессы и соединения». эл . Чичестер, Великобритания: John Wiley & Sons, Ltd. с. A0022213. doi : 10.1002/9780470015902.a0022213 . ISBN  978-0-470-01617-6 Полем Получено 2021-01-17 .
  8. ^ OP DEN CAMP HJ, ISLAM T, Stott MB, Harhangi HR, Hynes A, Schouten S, et al. (Октябрь 2009 г.). «Экологическая, геномная и таксономическая перспектива на метанотрофную веррукомикробию» . Отчеты о микробиологии окружающей среды . 1 (5): 293–306. Bibcode : 2009envmr ... 1..293o . doi : 10.1111/j.1758-2229.2009.00022.x . HDL : 2066/75111 . PMID   23765882 .
  9. ^ Carere CR, Hards K, Houghton KM, Power JF, McDonald B, Collet C, et al. (Ноябрь 2017). «Миксотрофия стимулирует расширение ниши веррукомикробных метанотрофов» . Журнал ISME . 11 (11): 2599–2610. Bibcode : 2017ismej..11.2599c . doi : 10.1038/ismej.2017.112 . PMC   5649168 . PMID   28777381 .
  10. ^ Sharp CE, Stott MB, Dunfield PF (2012). «Обнаружение автотрофных веррукомикробных метанотрофов в геотермальной среде с использованием стабильного изотопного зондирования» . Границы в микробиологии . 3 : 303. DOI : 10.3389/fmicb.2012.00303 . PMC   3421453 . PMID   22912630 .
  11. ^ Бэй С.К., Донг Х, Брэдли Дж.А., Леунг П.М., Гринтер Р., Джирапанджават Т. и др. (Январь 2021 г.). «Окислители трассировки являются широко распространенными и активными членами микробных сообществ почвы» . Природная микробиология . 6 (2): 246–256. doi : 10.1038/s41564-020-00811-w . PMID   33398096 . S2CID   230663681 .
  12. ^ Jump up to: а беременный в Ettwig KF, Butler MK, Le Paslier D, Pelletier E, Mangenot S, Kuypers MM, et al. (Март 2010 г.). «Анаэробное окисление метана, управляемое нитритами, окисление кислородом» (PDF) . Природа . 464 (7288): 543–8. Bibcode : 2010natur.464..543e . doi : 10.1038/nature08883 . PMID   20336137 . S2CID   205220000 .
  13. ^ Zhu B, Van Dijk G, Fritz C, Sloolders AJ, Pol A, Jetten MS, Ettwig KF (декабрь 2012 г.). «Анаэробная окисление метана в минеротрофной торфяни: обогащение нитритозависимых метаноокисляющих бактерий» . Прикладная и экологическая микробиология . 78 (24): 8657–65. Bibcode : 2012Apenm..78.8657Z . doi : 10.1128/aem.02102-12 . PMC   3502929 . PMID   23042166 .
  14. ^ Милука Дж., Кирф М., Лу Л., Крупке А., Лам П., Литтманн С. и др. (Сентябрь 2015). «Окисление метана в сочетании с кислородным фотосинтезом в аноксических водах» . Журнал ISME . 9 (9): 1991–2002. Bibcode : 2015ismej ... 9.1991m . doi : 10.1038/ismej.2015.12 . PMC   4542029 . PMID   25679533 .
  15. ^ Haroon MF, Hu S, Shi Y, Imelfort M, Keller J, Hugenholtz P, et al. (Август 2013). «Анаэробное окисление метана в сочетании с восстановлением нитратов в новой архейной линии». Природа . 500 (7464): 567–70. Bibcode : 2013natur.500..567h . doi : 10.1038/nature12375 . PMID   23892779 . S2CID   4368118 .
  16. ^ Ettwig KF, Butler MK, Le Paslier D, Pelletier E, Mangenot S, Kuypers MM, et al. (Март 2010 г.). «Анаэробное окисление метана, управляемое нитритами, окисление кислородом» . Природа . 464 (7288): 543–8. Bibcode : 2010natur.464..543e . doi : 10.1038/nature08883 . HDL : 2066/84284 . PMID   20336137 . S2CID   205220000 .
  17. ^ Ettwig KF, Zhu B, Speth D, Keltjens JT, Jetten MS, Kartal B (ноябрь 2016 г.). «Археа катализирует железозависимое анаэробное окисление метана» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (45): 12792–12796. BIBCODE : 2016PNAS..11312792E . doi : 10.1073/pnas.1609534113 . PMC   5111651 . PMID   27791118 .
  18. ^ Милука Дж., Фердельман Т.Г., Полереки Л., Францке Д., Вегенер Г., Шмид М. и др. (Ноябрь 2012). «Нулевая сера является ключевым промежуточным звеном при окислении морского метана» . Природа . 491 (7425): 541–6. Bibcode : 2012natur.491..541m . doi : 10.1038/nature11656 . PMID   23135396 . S2CID   32356495 .
  19. ^ Offre P, Spang A, Schleper C (2013-09-08). «Археа в биогеохимических циклах». Ежегодный обзор микробиологии . 67 (1): 437–57. doi : 10.1146/annurev-micro-092412-155614 . PMID   23808334 .
  20. ^ Thauer RK (июнь 2011 г.). «Анаэробное окисление метана сульфатом: О обратимости реакций, которые катализируются ферментами, также участвующими в метаногенезе из CO2». Текущее мнение о микробиологии . 14 (3): 292–9. doi : 10.1016/j.mib.2011.03.003 . PMID   21489863 .
  21. ^ Boetius A , Ravenschlag K, Schubert CJ, Rickert D, Widdel F, Gieseke A, et al. (Октябрь 2000). «Морский микробный консорциум, по -видимому, опосредовал анаэробное окисление метана» . Природа . 407 (6804): 623–6. Bibcode : 2000natur.407..623b . doi : 10.1038/35036572 . PMID   11034209 . S2CID   205009562 .
  22. ^ Le Page M (2016-11-19). «Пища, сделанная из природного газа, скоро будет питать сельскохозяйственных животных - и нас» . Новый ученый . Получено 2016-12-11 .
  23. ^ Orata FD, Meier-Kolthoff JP, Sauvageau D, Stein Ly (2018). «Филогеномный анализ гаммапротеобактериальных метанотрофов (порядок метилококклэлей ) требует реклассификации членов на уровне рода и видов» . Границы в микробиологии . 9 : 3162. DOI : 10.3389/fmicb.2018.03162 . PMC   6315193 . PMID   30631317 .
  24. ^ Jump up to: а беременный Хансон Р.С., Хансон Те (июнь 1996 г.). «Метанотрофные бактерии» . Микробиологические обзоры . 60 (2): 439–71. doi : 10.1128/mmbr.60.2.439-471.1996 . PMC   239451 . PMID   8801441 .
  25. ^ Либерман Р.Л., Розенцвейг А.С. (2004). «Биологическое окисление метана: регуляция, биохимия и активная структура сайта метана монуоксигеназы». Критические обзоры биохимии и молекулярной биологии . 39 (3): 147–64. doi : 10.1080/10409230490475507 . PMID   15596549 . S2CID   21628195 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 9fd09407aa1fbb8d4c92ac92fd68f266__1726160880
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/9f/66/9fd09407aa1fbb8d4c92ac92fd68f266.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Methanotroph - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)