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Les chercheurs recensent le chaînon manquant dans la production de l'oxyde nitrique

Quelques micros-organismes, les soi-disant methanotrophs, effectuent une vie en oxydant le méthane (CH4) au dioxyde de carbone (CO2). L'ammoniaque (NH3) est structurellement très assimilée au méthane, ainsi des methanotrophs Co-métabolise également le nitrite d'ammoniaque et de produit.

Tandis qu'on observait ce procédé dans les cultures cellulaires, le mécanisme biologique fondamental n'a pas été compris. Boran Kartal, chef du groupe microbien de physiologie au Max Planck Institute pour la microbiologie marine à Brême, en Allemagne, et un groupe de scientifiques d'université de Radboud à Nimègue, Pays-Bas, maintenant la lumière de cloche sur un chaînon manquant passionnant dans le procédé : la production de l'oxyde nitrique (NO).

L'oxyde nitrique est une molécule hautement réactive et toxique avec des rôles fascinants et polyvalents dans la biologie et la chimie de l'atmosphère. C'est une molécule de signalisation, le précurseur du protoxyde d'azote efficace de gaz à effet de serre (N2O), épuise la couche d'ozone en notre ambiance, et un cliché intermédiaire de clavette dans le cycle d'azote global.

Il s'avère maintenant qu'AUCUNE est également la clavette pour la survie des methanotrophs qui font face à l'ammoniaque dans l'environnement - qu'ils font de plus en plus à mesure que l'entrée d'engrais dans la nature augmente. Quand les methanotrophs Co-métabolisent l'ammoniaque qu'ils produisent au commencement l'hydroxylamine, qui empêche d'autres procédés métaboliques importants, ayant pour résultat la mort cellulaire.

Ainsi, les methanotrophs doivent se débarasser de l'hydroxylamine aussi rapidement comme possible. « Transporter une enzyme de hydroxylamine-conversion est une question de durée ou la mort pour des microbes de méthane-consommation », Kartal dit.

Pour leur étude, Kartal et ses collègues ont employé une bactérie methanotrophic nommée le fumariolicum de Methylacidiphilum, qui provient d'un bac volcanique de boue, caractérisé par des températures élevées et de pH faible, à proximité du mont Vésuve en Italie.

De ce microbe, nous avons purifié une enzyme d'oxydoréductase d'hydroxylamine (mHAO). Précédemment on l'a cru que l'enzyme de mHAO oxyderait l'hydroxylamine au nitrite dans les methanotrophs. Nous avons maintenant prouvé qu'il produit réellement rapidement NON »

Boran Kartal, chef du groupe microbien de physiologie, Max Planck Institute pour la microbiologie marine

L'enzyme de mHAO est très assimilée à celle employée par les comburants « réels » d'ammoniaque, qui est tout à fait étonnante, comme Kartal explique : « Il est maintenant clair qu'enzymatiquement il n'y ait pas beaucoup de différence entre les bactéries d'ammoniaque et de méthane-oxydation aérobies. Employant essentiellement le même ensemble d'enzymes, les methanotrophs peuvent agir en tant que de facto comburants d'ammoniaque dans l'environnement. Toujours, comment ces microbes s'oxydent PAS plus au nitrite reste inconnu. »

L'adaptation de l'enzyme de mHAO dans les bacs volcaniques chauds de boue intrigue également, Kartal croit : « Au niveau acide aminé, au mHAO et à ses homologues des comburants d'ammoniaque soyez très assimilé, mais la protéine que nous avons isolée dans le fumariolicum de M. prospère aux températures jusqu'80 au °C, le °C presque 30 au-dessus de l'optimum de la température de leurs parents de ammoniaque-oxydation « réels ». La compréhension comment les enzymes tellement assimilées ont d'un tel optimums et gamme différents de la température sera très intéressante pour vérifier. »

Selon Kartal, la production sans à partir d'ammoniaque a d'autres implications pour des microbes de méthane-consommation : « Actuel il n'y a aucun methanotrophs connu qui peut effectuer une vie hors de l'oxydation d'ammoniaque au nitrite par l'intermédiaire de l'AUCUN, mais il pourrait y avoir des methanotrophs à l'extérieur là qui ont trouvé une voie de brancher la conversion d'ammoniaque en croissance des cellules. »

Source:
Journal reference:

Versantvoort, W., et al. (2020) Multiheme hydroxylamine oxidoreductases produce NO during ammonia oxidation in methanotrophs. Proceedings of National Academy of Sciences. doi.org/10.1073/pnas.2011299117.