Methanogene bacteriën zijn een diverse groep prokaryotische micro-organismen die methaan (CH4) produceren als metabolisch bijproduct. Ze spelen een cruciale rol in de mondiale koolstofcyclus en dragen aanzienlijk bij aan de productie van methaan in de atmosfeer, een krachtig broeikasgas. Deze bacteriën zijn wijd verspreid in verschillende omgevingen, waaronder wetlands, moerassen, stortplaatsen, spijsverteringskanalen van dieren en diepzee hydrothermale ventilatieopeningen.

Methanogenese is het biologische proces waarbij methanogene bacteriën verschillende substraten omzetten in methaan. Dit proces vindt plaats onder anaerobe omstandigheden, dat wil zeggen bij afwezigheid van zuurstof. Hier ziet u hoe methanogene bacteriën methaan produceren:

Kooldioxidereductie: Sommige methanogene bacteriën gebruiken kooldioxide (CO2) als hun primaire koolstofbron. Ze verbruiken CO2 en combineren dit met waterstof (H2) of formiaat (HCOO-) om methaan te produceren. Dit proces wordt koolstofdioxidereductie of hydrogenotrofe methanogenese genoemd. De reactie kan als volgt worden weergegeven:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Acetaatfermentatie: Andere methanogene bacteriën gebruiken acetaat (CH3COO-) als hun primaire substraat. Ze breken acetaat af in methaan en kooldioxide via een proces dat bekend staat als acetaatfermentatie of acetoclastische methanogenese. Deze reactie kan als volgt worden samengevat:

CH3COO- + H2O → CH4 + CO2

Methyloverdrachtsreacties: Bepaalde methanogene bacteriën nemen deel aan methyloverdrachtsreacties om methaan te produceren. Ze gebruiken gemethyleerde verbindingen, zoals methanol (CH3OH) of methylamine (CH3NH2), als substraten. Door de methylgroep (-CH3) over te brengen naar een geschikte acceptor wordt methaan gegenereerd.

Elk type methanogene bacterie beschikt over specifieke enzymen en metabolische routes die hen in staat stellen deze methanogene reacties uit te voeren. Ze bevatten unieke co-enzymen en cofactoren, zoals co-enzym M en methylco-enzym M-reductase, die essentieel zijn voor de methaanproductie.

Het begrijpen van methanogene bacteriën en hun methaanproducerende capaciteiten is om verschillende redenen belangrijk. Ten eerste helpt het ons hun rol in het mondiale methaanbudget en de dynamiek van de klimaatverandering te begrijpen. Ten tweede vergemakkelijkt het de ontwikkeling van strategieën om de methaanemissies uit antropogene bronnen, zoals stortplaatsen en de landbouw, te verminderen. Bovendien hebben methanogene bacteriën veelbelovende biotechnologische toepassingen, zoals bij de productie van biogas en de behandeling van afvalwater.