Batteri metanogeni sono un gruppo eterogeneo di microrganismi procarioti che producono metano (CH4) come sottoprodotto metabolico. Svolgono un ruolo cruciale nel ciclo globale del carbonio, contribuendo in modo significativo alla produzione di metano atmosferico, un potente gas serra. Questi batteri sono ampiamente distribuiti in vari ambienti, tra cui zone umide, paludi, discariche, tratti digestivi di animali e sorgenti idrotermali di acque profonde.

Metanogenesi è il processo biologico mediante il quale i batteri metanogeni convertono vari substrati in metano. Questo processo avviene in condizioni anaerobiche, ovvero in assenza di ossigeno. Ecco come i batteri metanogeni producono metano:

Riduzione dell'anidride carbonica: Alcuni batteri metanogeni utilizzano l’anidride carbonica (CO2) come fonte primaria di carbonio. Consumano CO2 e la combinano con idrogeno (H2) o formiato (HCOO-) per produrre metano. Questo processo è chiamato riduzione dell’anidride carbonica o metanogenesi idrogenotrofica. La reazione può essere rappresentata come segue:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Fermentazione dell'acetato: Altri batteri metanogeni utilizzano l'acetato (CH3COO-) come substrato primario. Scompongono l'acetato in metano e anidride carbonica attraverso un processo noto come fermentazione dell'acetato o metanogenesi acetoclastica. Questa reazione può essere riassunta come:

CH3COO- + H2O → CH4 + CO2

Reazioni di trasferimento del metile: Alcuni batteri metanogeni intraprendono reazioni di trasferimento del metile per produrre metano. Utilizzano composti metilati, come metanolo (CH3OH) o metilammina (CH3NH2), come substrati. Trasferendo il gruppo metilico (-CH3) ad un accettore adatto, si genera metano.

Ogni tipo di batteri metanogeni possiede enzimi specifici e vie metaboliche che consentono loro di effettuare queste reazioni metanogeniche. Contengono coenzimi e cofattori unici, come il coenzima M e la metil coenzima M reduttasi, che sono essenziali per la produzione di metano.

Comprendere i batteri metanogeni e le loro capacità di produzione di metano è importante per vari motivi. In primo luogo, ci aiuta a comprendere il loro ruolo nel bilancio globale del metano e nelle dinamiche del cambiamento climatico. In secondo luogo, facilita lo sviluppo di strategie per mitigare le emissioni di metano da fonti antropiche, come le discariche e l’agricoltura. Inoltre, i batteri metanogeni hanno promettenti applicazioni biotecnologiche, come nella produzione di biogas e nel trattamento delle acque reflue.