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I ricercatori identificano l'anello mancante nella produzione di ossido di azoto

Alcuni microrganismi, i cosiddetti methanotrophs, fanno una vita ossidando il metano (CH4) all'anidride carbonica (CO2). L'ammoniaca (NH3) è strutturalmente molto simile a metano, così methanotrophs egualmente co-metabolizza il nitrito dei prodotti e dell'ammoniaca.

Mentre questo trattamento è stato osservato nelle colture cellulari, il meccanismo biochimico di fondo non è stato capito. Boran Kartal, testa del gruppo microbico della fisiologia al Max Planck Institute per microbiologia marina Brema, in Germania e un gruppo di scienziati dall'università di Radboud a Nimega, Paesi Bassi, ora fa luce su un anello mancante emozionante nel trattamento: la produzione di ossido di azoto (NO).

L'ossido di azoto è una molecola altamente reattiva e tossica con i ruoli affascinanti e versatili in biologia e chimica atmosferica. È una molecola di segnalazione, il precursore del protossido d'azoto del gas serra potente (N2O), vuota il livello di ozono in nostra atmosfera e un composto intermedio di tasto nel ciclo dell'azoto globale.

Ora risulta che NESSUN è egualmente il tasto per la sopravvivenza dei methanotrophs che affrontano l'ammoniaca nell'ambiente - che fanno sempre più mentre l'input del fertilizzante nella natura aumenta. Quando i methanotrophs co-metabolizzano l'ammoniaca che inizialmente producono l'idrossilammina, che inibisce altri trattamenti metabolici importanti, con conseguente morte delle cellule.

Quindi, i methanotrophs devono liberarsi dell'idrossilammina il più rapidamente possibile. “Portare un enzima diconversione è un aspetto di vita o morte per i microbi di metano-cibo„, Kartal dice.

Per il loro studio, Kartal ed i suoi colleghi hanno utilizzato un batterio methanotrophic nominato fumariolicum di Methylacidiphilum, che proviene da un vaso vulcanico del fango, caratterizzato dalle temperature elevate ed a basso pH, nelle vicinanze del Vesuvio in Italia.

Da questo microbo, abbiamo depurato un enzima dell'ossidoriduttasi dell'idrossilammina (mHAO). Precedentemente è stato creduto che l'enzima del mHAO ossidasse l'idrossilammina a nitrito nei methanotrophs. Ora abbiamo indicato che produce realmente rapido NO„

Boran Kartal, testa del gruppo microbico di fisiologia, Max Planck Institute per microbiologia marina

L'enzima del mHAO è molto simile a quello usato dai oxidizers “reali„ dell'ammoniaca, che è abbastanza sorprendente, come Kartal spiega: “Ora è chiaro che enzimaticamente non c' è molta differenza fra i batteri di metano-ossidazione aerobici e dell'ammoniaca. Usando essenzialmente lo stesso insieme degli enzimi, i methanotrophs possono fungere da oxidizers de facto dell'ammoniaca nell'ambiente. Eppure, come questi microbi si ossidano NO più ulteriormente a nitrito rimane sconosciuto.„

L'adattamento dell'enzima del mHAO ai vasi vulcanici caldi del fango egualmente sta intrigando, Kartal crede: “Al livello dell'amminoacido, al mHAO ed alle sue controparti dai oxidizers dell'ammoniaca sia molto simile, ma la proteina che abbiamo isolato dal fumariolicum del M. prospera alle temperature fino 80 a °C, il °C quasi 30 sopra l'optimum della temperatura dei loro parenti d'ossidazione “reali„. La comprensione quanto gli enzimi così simili hanno i tali optimum ed intervallo differenti della temperatura sarà molto interessante da studiare.„

Secondo Kartal, la produzione di NO da ammoniaca ha ulteriori implicazioni per i microbi del metano-cibo: “Corrente non ci sono methanotrophs conosciuti che possono fare una vita dall'ossidazione dell'ammoniaca a nitrito via il NESSUN, ma ci potrebbero essere methanotrophs là fuori che hanno trovato un modo connettere la conversione dell'ammoniaca alla crescita delle cellule.„

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.