一部の微生物はメタンを生産し、他の微生物は悪名高い温室効果ガスであるメタンを食べる – この微生物の生産と分解の世界的なシステムには、これまで知られていなかった重要な役割を果たしている可能性がある、と研究結果が示唆している。メタン代謝。これらのシステムはおそらくこのグループの微生物に驚くほど広く普及していると研究者らは言う。これは、地球規模の炭素バランスにとって、これまで想定されていたよりも重要性が高いことを示唆しています。
メタンは二酸化炭素の 30 倍強い温室効果があるため、「気候キラーガス」と考えられています。そのため、大気中のその濃度に影響を与えるすべての要因が、しばらく研究の焦点となってきました。 1 つ明らかなことは、メタンには人為的な放出に加えて、自然発生源もあることです。とりわけ、代謝に利用できる酸素がない場合に、特殊な微生物によって生成されます。幸いなことに、その逆の方法もあります。一部の微生物はメタンからエネルギーを得て、それを食べます。これにより、微生物の蓄積と分解のサイクルが生じます。
興味深いのは、メタンが生成されるか消費されるかに関係なく、常に同じ酵素、メチル補酵素 M レダクターゼ (MCR) が関与していることです。この酵素はメタンを生成し、このガスを分解することもできます。科学者たちは長い間、何らかの方法でメタンを代謝できるのは数種類の微生物だけだと信じてきました。しかし最近、メタンサイクルにおける重要な主要人物が見落とされているという証拠が増えている。上海の中国交通大学とブレーメンのマックス・プランク海洋微生物研究所の科学者たちは現在、この手がかりを追跡調査しており、特に新しいメタン生物の探索に着手している。
遺伝子の干し草の山を検索する
分離された微生物に関する時間のかかる実験室研究を避けるために、彼らは遺伝的アプローチを選択しました。彼らは、温泉や塩湖など、酸素の少ないさまざまな場所の環境から分離された未確定の遺伝物質をリストした世界規模のゲノムデータベースを検索しました。したがって、それは多くの異なる生物の遺伝子配列の混合物です。メタン生物の痕跡を特定するために、科学者たちはあるトリックを使用した。彼らは、メタン代謝における重要な酵素の形成に関与していることをその特徴が示唆する遺伝子配列を特別に探した。
このコンセプトは成功したことが証明され、研究者らは主要な酵素 MCR を生成するために必要な情報を運ぶ、これまで知られていなかった一連の遺伝子全体を発見しました。 「これらのMCRは大きく3つのグループに分類できます」と共著者である中国交通大学のインジャオ・ワン氏は言う。 「1 つのグループには、これまでに知られている遺伝子配列が含まれています。他の 2 つのグループはまったく新しいものです」と科学者は説明します。
しかし、これらの遺伝的痕跡はどの微生物に由来するのでしょうか?この疑問を調査するために、研究者らは新しい MCR 配列を最初のパズルのピースとして使用しました。彼らは、それぞれの元の生物の完全なゲノムにできる限り近づくために、膨大な量の既存の遺伝データの中から適切な配列を検索しました。その後、彼らは、新しいメタン微生物がどのグループに属しているかを決定するために、これらの複雑に絡み合ったゲノムを既知の微生物のゲノムと比較することができました。
さらなる研究が期待できる有望な候補者
研究者らが驚いたことに、新しい代表者は、すでに知られているメタン微生物とは完全に異なるようでした。 「たとえば、私たちは重要な酵素であるMCRの遺伝子を古細菌グループとTACK上門の古細菌で発見しました。このような代謝経路は、これらの生物ではこれまで疑われていなかった」と交通大学のフェンピン・ワン氏は報告している。彼女が説明するように、この結果は、メタン代謝のさまざまな変異体が古細菌に広く普及していることを示唆しています。これらの微生物は、地球規模の炭素収支にとって、これまで想定されていたよりも大きな重要性を持っている可能性があります。
しかし、新たに発見された微生物が MCR 酵素を使って何をしているのかはまだほとんど不明です。メタンを生成するものもあるようです。しかし、他のものはメタンを消費しているようです。ブレーメンのマックス・プランク研究所のグンター・ウェゲナー氏は、「我々の結果は非常に興味深いものです」と述べています。 「明らかにメタンさえ食べずに、他の炭化水素を食べるものもいます」と研究者は言う。彼らが発見した生物が何をしているのかを正確に理解するために、彼と彼の同僚は現在、それらを実験室で培養したいと考えています。微生物は非常に特殊な増殖条件を必要とするため、これはおそらく容易ではないでしょう。したがって研究者らは、まず新しいメタン微生物が発見された材料と条件で培養実験を開始すると述べている。
マックス・プランク海洋微生物研究所、 Nature Microbiology。 DOI: 10.1038/s41564-019-0364-2
