Войти
Метанотрофы (иногда называемые метанофилами) - это прокариоты, которые метаболизируют метан в качестве источника углерода и высвобождают энергию кислорода, нитратов, сульфатов или других окисленных веществ. Это бактерии или археи, они могут расти в аэробных или анаэробных условиях и для выживания требуют одноуглеродных соединений.
Метанотрофы особенно распространены в окружающей среде или рядом с ней, где производится метан, хотя некоторые метанотрофы могут окислять атмосферный метан. Их среда обитания включает 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 играют значительную роль в глобальном бюджете метана, уменьшая количество метана, выбрасываемого в атмосферу.
Метанотрофия - это особый случай метилотрофии, в которой используются одноуглеродные соединения, которые более восстановлены, чем углекислый газ. Однако некоторые метилотрофы могут также использовать многоуглеродные соединения; это отличает их от метанотрофов, которые обычно являются требовательными окислителями метана и метанола. Единственными выделенными факультативными метанотрофами на сегодняшний день являются представители рода Methylocella silvestris, Methylocapsa aurea и нескольких штаммов Methylocystis.
Функционально метанотрофы относят к метанокисляющим бактериям. Однако метанокисляющие бактерии охватывают другие организмы, которые не считаются единственными метанотрофами. По этой причине метанокисляющие бактерии были разделены на подгруппы: группы метанассимилирующих бактерий (МАБ), метанотрофы и автотрофные аммиакокисляющие бактерии (ААОВ), которые совместно окисляют метан.
Метантрофы могут быть как бактериями, так и археями. Какой вид метанотрофов присутствует, в основном определяется доступностью акцепторов электронов. Известно много типов метанокисляющих бактерий (МОБ). Различия в способе фиксации формальдегида и структуре мембран делят этих бактериальных метанотрофов на несколько групп. Среди метанотрофных архей есть несколько подгрупп.
В аэробных условиях метанотрофы объединяют кислород и метан с образованием формальдегида, который затем включается в органические соединения через путь серина или путь монофосфата рибулозы (RuMP) и высвобождается диоксид углерода. Метанотрофы типа I и типа X являются частью Gammaproteobacteria и используют путь RuMP для ассимиляции углерода. Метанотрофы типа II являются частью Alphaproteobacteria и используют сериновый путь ассимиляции углерода. Для них также характерна система внутренних мембран, внутри которых происходит окисление метана. Метанотрофы у Gammaproteobacteria известны из семейства Methylococcaceae. Метанотрофы из Alphaproteobacteria встречаются в семействах Methylocystaceae и Beijerinckiaceae.
Аэробные метанотрофы также известны из Methylacidiphilaceae (тип Verrucomicrobia ). В отличие от Gammaproteobacteria и Alphaproteobacteria, метанотрофы в филуме Verrucomicrobia являются миксотрофами. В 2021 году была обнаружена бактериальная корзина из филума Gemmatimonadetes под названием Candidatus Methylotropicum kingii, показывающая аэробную метанотрофию, что позволяет предположить, что метанотрофия присутствует в четырех бактериальных типах.
В некоторых случаях аэробное окисление метана может происходить в бескислородной среде. Candidatus Methylomirabilis oxyfera принадлежит к типу бактерий NC10 и может катализировать восстановление нитрита посредством «интрааэробного» пути, при котором внутренний кислород используется для окисления метана. В озерах с чистой водой метанотрофы могут жить в бескислородной толще воды, но получать кислород от фотосинтезирующих организмов, которые затем напрямую потребляют для окисления метана.
Аэробные метанотрофные археи неизвестны.
В бескислородных условиях метанотрофы используют разные акцепторы электронов для окисления метана. Это может произойти в бескислородных средах обитания, таких как морские или озерные отложения, зоны минимума кислорода, столбики бескислородной воды, рисовые поля и почвы. Некоторые специфические метанотрофы могут восстанавливать ионы нитрата, нитрита, железа, сульфата или марганца и связывать это с окислением метана без синтрофного партнера. Исследования в морской среде показали, что метан может анаэробно окисляться консорциумом архей, окисляющих метан, и сульфатредуцирующих бактерий. Этот тип анаэробного окисления метана (АОМ) в основном происходит в бескислородных морских отложениях. Точный механизм все еще является предметом дискуссий, но наиболее широко распространенная теория состоит в том, что археи используют обратный путь метаногенеза для производства углекислого газа и другого неизвестного промежуточного продукта, который затем используется сульфатредуцирующими бактериями для получения энергии от восстановления. сульфата до сероводорода и воды.
Анаэробные метанотрофы не относятся к известным аэробным метанотрофам; самые близкие родственники культивированные в анаэробные метанотроф являются метаногенами в порядке Methanosarcinales.
Methylococcus capsulatus используется для производства кормов для животных из природного газа.
В 2010 году новая бактерия Candidatus Methylomirabilis oxyfera из филы NC10 было установлено, что может, соедини анаэробного окисления метана к уменьшению нитритов без необходимости syntrophic партнера. На основе исследований Ettwig и др., Считается, что M. oxyfera окисляется метана анаэробно за счет использования кислорода, произведенного внутри от дисмутация из оксида азота в азот и газообразный кислород.
Многие метанотрофные культуры были изолированы и формально охарактеризованы за последние 5 десятилетий, начиная с классического исследования Уиттенбери (Whittenbury et al., 1970). В настоящее время известно 18 родов культивируемых аэробных метанотрофных Gammaproteobacteria и 5 родов Alphaproteobacteria, представленных ок. 60 разных видов.
Путь RuMP у метанотрофов I типа 
Сериновый путь у метанотрофов II типа Метанотрофы окисляют метан, сначала инициируя восстановление атома кислорода до H 2 O 2 и превращение метана в CH 3 OH с использованием метанмонооксигеназ (MMO). Кроме того, из метанотрофов были выделены два типа MMO: растворимая метанмонооксигеназа (sMMO) и метанмонооксигеназа в виде частиц (pMMO).
Клетки, содержащие pMMO, продемонстрировали более высокую способность к росту и более высокое сродство к метану, чем клетки, содержащие sMMO. Предполагается, что ионы меди могут играть ключевую роль как в регуляции pMMO, так и в ферментативном катализе, ограничивая таким образом клетки pMMO более богатой медью средой, чем клетки, продуцирующие sMMO.
