Een onverwachte ontdekking heeft wetenschappers een beter begrip gegeven van een belangrijk methaanproducerend enzym.

Een team van onderzoekers van het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB) aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign publiceerde een paper in eLife die hun bevindingen schetsten over een enzym genaamd methyl-co-enzym M-reductase, of MCR.

Hun bevindingen verwerpen wat eerder werd aangenomen in het veld:dat een reeks unieke modificaties die aanwezig zijn in MCR essentieel waren voor hoe het enzym functioneert.

Ze ontdekten dat deze aanpassingen in feite niet essentieel waren, een bevinding die wetenschappers een stap dichter bij een volledig begrip van dit enzym zal brengen, die een belangrijke rol speelt bij de methaanproductie en de koolstofcyclus.

Methaan is een belangrijk broeikasgas dat bijdraagt ​​aan ongeveer 20 procent van het broeikaseffect, wat bijdraagt ​​aan de opwarming van de aarde.

Methaan komt zowel uit geologische bronnen als uit biologische bronnen, waaronder van een groep micro-organismen die methanogenen worden genoemd. Deze microscopisch kleine organismen, die lid zijn van het domein Archaea, produceren methaan als bijproduct van hun metabolisme. Jaarlijks worden er gigaton methaan geproduceerd door methanogenen.

Methanogenen hebben het enzym MCR, dat is het enige enzym dat methaan maakt. Het is van cruciaal belang voor zowel de productie als het verbruik van methaan.

"Dit is een enorm belangrijk enzym, " zei hoogleraar Moleculaire en Cellulaire Biologie William Metcalf, co-auteur van de paper en leider van IGB's Mining Microbial Genomes (MMG) thema. "Ik zou zeggen dat het een van de belangrijkste enzymen op aarde is voor de koolstofcyclus."

MCR heeft ook enkele ongebruikelijke eigenschappen. In tegenstelling tot de meeste enzymen, MCR heeft een reeks modificaties die de aminozuren van het enzym veranderen. Eerder werd aangenomen dat deze modificaties essentieel waren voor de functies van het enzym.

Voor nu, het was onmogelijk om een ​​genetische analyse van deze enzymen uit te voeren - wat inhoudt dat deze modificaties zouden worden weggenomen en gekeken hoe het enzym werkt zonder hen.

"Men geloofde dat als je dat deed, het enzym zou niet werken, Metcalf zei. "Omdat dat enzym nodig is voor de levensvatbaarheid van het organisme, men dacht dat het een essentieel gen was."

Maar Douglas Mitchell, een professor in de chemie en faculteitslid van IGB's MMG-thema, dacht er anders over. Hij en zijn onderzoekslaboratorium hadden een klasse moleculen bestudeerd die een van de modificaties had die ook in MCR aanwezig is. Ze ontdekten hoe deze wijziging tot stand kwam en voorspelden dat dezelfde enzymatische machinerie die werd gebruikt om MCR in methanogenen te wijzigen, dezelfde machine was die werd gebruikt om antibiotica en bacteriën te maken.

Echter, hun lab had een beperking, volgens Nilkamal Mahanta, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Mitchell die betrokken was bij het onderzoek. Hun lab was beperkt in zijn vermogen om het soort experiment uit te voeren dat nodig was om te zien of dit waar was. De organismen die ze wilden bestuderen, bestaan ​​alleen in anaërobe omgevingen, die geen zuurstof bevatten.

IGB Fellow Nayak had onlangs een nieuw genetisch hulpmiddel ontwikkeld dat dit type organisme kon manipuleren. Ze gebruikte dit hulpmiddel om de fysieke eigenschappen van MCR te bestuderen en te begrijpen hoe het werkt - en ontdekte dat de wijziging niet essentieel was voor de functie van het enzym.

Dit kwam voor velen in dit onderzoeksgebied als een verrassing, en ook voor Metcalf en Nayak.

“Toen ik aan dit project begon, Ik wist niet zo veel over het belang van deze aanpassingen, "Zei Nayak. "Terwijl het project vorderde. . . Ik realiseerde me de impact van de ontdekking die we deden, dat we dachten dat deze wijziging belangrijk was en betrokken was bij het maken van methaan of het afbreken van methaan, speelde plotseling niet zo'n belangrijke rol als de mensen in de literatuur de afgelopen 10 of 15 jaar hadden genoemd - misschien zelfs langer, eigenlijk."

Hun bevindingen suggereren dat er meer te ontdekken valt over dit enzym en de rol die het speelt bij het produceren en consumeren van methaan.