Una nuova comprensione di come un importante microrganismo produttore di metano crea metano e anidride carbonica potrebbe consentire ai ricercatori di manipolare la quantità di questi importanti gas serra che fuoriescono nell'atmosfera. Un nuovo studio dei ricercatori della Penn State propone un percorso biochimico aggiornato che spiega come il microrganismo utilizza il ferro per catturare in modo più efficiente l'energia durante la produzione di metano. Lo studio appare online sulla rivista Progressi scientifici .

"Il microrganismo Methanosarcina acetivorans è un metanogeno che svolge un ruolo importante nel ciclo del carbonio, mediante il quale il materiale vegetale morto viene riciclato in anidride carbonica che genera quindi nuovo materiale vegetale mediante la fotosintesi, "ha detto James Ferry, Stanley Person Professor di Biochimica e Biologia Molecolare alla Penn State, che ha guidato il gruppo di ricerca. "I metanogeni producono circa 1 miliardo di tonnellate di metano all'anno, che svolge un ruolo fondamentale nel cambiamento climatico. Comprendere il processo mediante il quale questo microrganismo produce metano è importante per prevedere i futuri cambiamenti climatici e per manipolare potenzialmente la quantità di questo gas serra rilasciato dall'organismo".

Methanosarcina acetivorans, che si trova in ambienti come il fondo dell'oceano e le risaie dove aiuta a decomporre il materiale vegetale morto, trasforma l'acido acetico in metano e anidride carbonica. Prima di questo studio, però, i ricercatori non erano sicuri di come il microrganismo avesse abbastanza energia per sopravvivere negli ambienti privi di ossigeno, anaerobici, in cui vive. I ricercatori hanno determinato che una forma ossidata di ferro chiamata "ferro tre, " essenzialmente ruggine, permette al microrganismo di lavorare in modo più efficiente, usando più acido acetico, creando più metano, e creare più ATP, una sostanza chimica che fornisce energia per le reazioni biologiche essenziali per la crescita.

"La maggior parte degli organismi come gli esseri umani usa un processo chiamato respirazione per creare ATP, ma questo richiede ossigeno, " disse Ferry. "Quando non c'è ossigeno, molti organismi utilizzano invece un processo meno efficiente chiamato fermentazione per creare ATP, come i processi utilizzati dal lievito nella produzione del vino e della birra. Ma la presenza di ferro permette a M. acetivorans di usare la respirazione anche in assenza di ossigeno".

I risultati hanno permesso ai ricercatori di aggiornare il percorso biologico attraverso il quale M. acetivorans converte l'acido acetico in metano, che ora include la respirazione. Percorsi come questo comportano molti passaggi intermedi, durante i quali l'energia viene spesso persa sotto forma di calore. I ricercatori hanno anche determinato che in presenza di ferro, la perdita di energia in questo microrganismo è ridotta a causa di un processo scoperto di recente chiamato biforcazione di elettroni.

"La biforcazione dell'elettrone prende uno di quei passaggi che ha il potenziale per un'enorme perdita di calore e raccoglie quell'energia sotto forma di ATP piuttosto che di calore, " ha detto Ferry. "Questo rende il processo più efficiente."

Questo percorso aggiornato potrebbe consentire ai ricercatori di prevedere la quantità di metano che il microrganismo rilascerà nell'atmosfera.

"Le risaie, una delle principali fonti di metano nell'atmosfera, contengono piante di riso in decomposizione immerse nell'acqua che vengono infine lavorate da M. acetivorans. Se misuriamo la quantità di ferro tre presente nelle risaie, possiamo prevedere quanto metano verrà rilasciato dai microrganismi, che può migliorare i nostri modelli di cambiamento climatico".

In assenza di ferro, il microrganismo produce quantità approssimativamente uguali di metano e anidride carbonica dall'acido acetico. Ma con quantità crescenti di ferro, produce più anidride carbonica rispetto al metano, quindi fornire all'organismo ferro aggiuntivo potrebbe alterare le quantità relative di questi gas serra che vengono prodotti.

"Il metano è 30 volte più potente come gas serra dell'anidride carbonica, che lo rende più problematico in termini di riscaldamento del nostro pianeta, " ha detto Ferry. "Ora che comprendiamo meglio questo percorso biochimico, vediamo che possiamo usare il ferro per alterare i rapporti dei gas prodotti. Nel futuro, potremmo anche essere in grado di andare oltre e inibire la produzione di metano da parte di questo microrganismo.

"Oltre alle applicazioni pratiche, questa è un'aggiunta importante alla comprensione della biologia del mondo anaerobico in gran parte invisibile ma estremamente importante".