吃甲烷的細(xì)菌將溫室氣體轉(zhuǎn)化為燃料

甲烷營養(yǎng)細(xì)菌每年消耗 3000 萬噸甲烷，并因其將強(qiáng)效溫室氣體轉(zhuǎn)化為可用燃料的天然能力而吸引了研究人員。然而，我們對復(fù)雜反應(yīng)是如何發(fā)生的知之甚少，這限制了我們利用雙重利益為我們所用的能力。

通過研究細(xì)菌用來催化反應(yīng)的酶，西北大學(xué)的一個研究小組現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了可能驅(qū)動這一過程的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

他們的研究結(jié)果將于周五(3 月 18 日)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，最終可能會導(dǎo)致開發(fā)將甲烷氣體轉(zhuǎn)化為甲醇的人造生物催化劑。

“甲烷具有非常強(qiáng)的結(jié)合力，因此有一種酶可以做到這一點非常了不起，”該論文的資深作者，西北大學(xué)的 Amy Rosenzweig 說。“如果我們不確切了解酶是如何進(jìn)行這種困難的化學(xué)反應(yīng)的，我們將無法針對生物技術(shù)應(yīng)用對其進(jìn)行工程設(shè)計和優(yōu)化。”

Rosenzweig 是西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院的溫伯格家族生命科學(xué)特聘教授，在分子生物科學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域任職。

這種酶稱為顆粒甲烷單加氧酶 (pMMO)，是一種特別難以研究的蛋白質(zhì)，因為它嵌入細(xì)菌的細(xì)胞膜中。

通常，當(dāng)研究人員研究這些甲烷氧化細(xì)菌時，他們會使用一個苛刻的過程，在這個過程中，使用洗滌劑溶液將蛋白質(zhì)從細(xì)胞膜中剝離出來。雖然這個過程有效地分離了酶，但它也殺死了所有酶的活性并限制了研究人員可以收集的信息量——比如在沒有心跳的情況下監(jiān)測心臟。

在這項研究中，該團(tuán)隊完全使用了一種新技術(shù)。Christopher Koo，第一作者，博士。Rosenzweig 實驗室的候選人，想知道通過將酶放回類似于其原生環(huán)境的膜中，他們是否可以學(xué)到新的東西。Koo 使用來自細(xì)菌的脂質(zhì)在稱為納米圓盤的保護(hù)性顆粒內(nèi)形成膜，然后將酶嵌入該膜中。

“通過在納米盤內(nèi)重建酶的原生環(huán)境，我們能夠恢復(fù)酶的活性，”Koo 說。“然后，我們能夠使用結(jié)構(gòu)技術(shù)在原子水平上確定脂質(zhì)雙層如何恢復(fù)活性。這樣做，我們發(fā)現(xiàn)了可能發(fā)生甲烷氧化的酶中銅位點的完整排列。”

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