Una scoperta inaspettata ha fornito agli scienziati una maggiore comprensione di un importante enzima che produce metano.

Un team di ricercatori del Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB) dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign ha pubblicato un articolo in eLife che ha delineato le loro scoperte su un enzima chiamato metil-coenzima M reduttasi, o MCR.

Le loro scoperte ribaltano ciò che in precedenza si credeva fosse vero nel campo:che una serie di modifiche uniche presenti nell'MCR erano essenziali per il funzionamento dell'enzima.

Hanno scoperto che queste modifiche non erano in effetti essenziali, una scoperta che avvicinerà gli scienziati alla comprensione completa di questo enzima, che svolge un ruolo importante nella produzione di metano e nel ciclo del carbonio.

Il metano è un importante gas serra che contribuisce a circa il 20% dell'effetto serra, che contribuisce al riscaldamento della terra.

Il metano proviene sia da fonti geologiche che da fonti biologiche, compreso da un gruppo di microrganismi chiamati metanogeni. Questi organismi microscopici, che sono membri del dominio Archaea, producono metano come sottoprodotto del loro metabolismo. Gigatoni di metano sono prodotti dai metanogeni ogni anno.

I metanogeni hanno l'enzima MCR, che è l'unico enzima che produce il metano. È fondamentale sia per la produzione che per il consumo di metano.

"Questo è un enzima estremamente importante, " ha affermato il professore di biologia molecolare e cellulare William Metcalf, co-autore del documento e leader del tema Mining Microbial Genomes (MMG) di IGB. "Direi che è uno degli enzimi più importanti sulla terra per il ciclo del carbonio".

MCR ha anche alcune proprietà insolite. A differenza della maggior parte degli enzimi, L'MCR ha una serie di modifiche che modificano gli amminoacidi dell'enzima. In precedenza si riteneva che queste modifiche fossero essenziali per le funzioni dell'enzima.

Prima di adesso, è stato impossibile fare un'analisi genetica di questi enzimi, che includerebbe l'eliminazione di queste modifiche e l'osservazione di come funziona l'enzima senza di esse.

"Si credeva che se lo facevi, l'enzima non funzionerebbe, " Metcalf ha detto. "Poiché quell'enzima è necessario per la vitalità dell'organismo, si pensava che fosse un gene essenziale."

Ma Douglas Mitchell, un professore di chimica e membro di facoltà del tema MMG di IGB, pensato diversamente. Lui e il suo laboratorio di ricerca stavano studiando una classe di molecole che aveva una delle modificazioni presenti anche nell'MCR. Hanno scoperto come è stata eseguita questa modifica e hanno previsto che lo stesso macchinario enzimatico utilizzato per modificare l'MCR nei metanogeni fosse lo stesso macchinario utilizzato per produrre antibiotici e batteri.

Però, il loro laboratorio aveva un limite, secondo Nilkamal Mahanta, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Mitchell che è stato coinvolto nella ricerca. Il loro laboratorio era limitato nella sua capacità di eseguire il tipo di esperimento necessario per vedere se questo fosse vero. Gli organismi che volevano studiare esistono solo in ambienti anaerobici, che non contengono ossigeno.

L'IGB Fellow Nayak ha recentemente sviluppato un nuovo strumento genetico in grado di manipolare questo tipo di organismo. Ha usato questo strumento per studiare le proprietà fisiche dell'MCR e capire come funziona, scoprendo che la modifica non era essenziale per la funzione dell'enzima.

Questa è stata una sorpresa per molti in questo campo di ricerca, e anche a Metcalf e Nayak.

"Quando ho iniziato questo progetto, Non sapevo molto dell'importanza di queste modifiche, Nayak ha detto. "Mentre il progetto andava avanti. . . Ho realizzato l'impatto della scoperta che abbiamo fatto, che questa modifica pensavamo fosse importante e coinvolta nella produzione di metano o nella decomposizione del metano, improvvisamente non stava svolgendo un ruolo così importante come le persone nella letteratura avevano parlato negli ultimi 10 o 15 anni, forse anche di più, in realtà."

I loro risultati suggeriscono che c'è ancora molto da scoprire su questo enzima e sul ruolo che svolge nella produzione e nel consumo di metano.