Оксид азота – это высокореактивная и токсичная молекула, играющая увлекательную и разнообразную роль в биологии и химии атмосферы. Это сигнальная молекула, предшественник мощного парникового газа закиси азота (N2O), разрушает озоновый слой в нашей атмосфере и является ключевым промежуточным звеном в глобальном круговороте азота. Теперь выясняется, что NO также является ключом к выживанию метанотрофов, которые сталкиваются с аммиаком в окружающей среде – что они делают все больше и больше по мере того, как количество удобрений в природе увеличивается. Когда метанотрофы совместно метаболизируют аммиак, они сначала производят гидроксиламин, который подавляет другие важные метаболические процессы, что приводит к гибели клеток.
Таким образом, метанотрофам необходимо как можно быстрее избавляться от гидроксиламина. «Для микробов, поедающих метан, ношение фермента, преобразующего гидроксиламин, является вопросом жизни и смерти», – говорит Картал.
Для своего исследования Картал и его коллеги использовали метанотрофную бактерию под названием Methylacidiphilum fumariolicum, которая происходит из вулканического грязевого котла, характеризующегося высокими температурами и низким pH, в окрестностях Везувия в Италии. «Из этого микроба мы очистили фермент гидроксиламиноксидоредуктазу (mHAO)», – сообщает Картал. «Ранее считалось, что фермент mHAO окисляет гидроксиламин до нитрита у метанотрофов. Теперь мы показали, что на самом деле он быстро производит NO.«Фермент mHAO очень похож на тот, который используется в« настоящих »окислителях аммиака, что довольно удивительно, как объясняет Картал:« Теперь ясно, что ферментативно нет большой разницы между аэробными аммиачными и метанокисляющими бактериями. Используя по существу тот же набор ферментов, метанотрофы могут фактически действовать как окислители аммиака в окружающей среде.
Тем не менее, как эти микробы окисляют NO до нитрита, остается неизвестным."
Картал считает, что адаптация фермента mHAO к горячим вулканическим грязевым котлам также является интригующей: «На уровне аминокислот mHAO и его аналог из окислителей аммиака очень похожи, но белок, который мы изолировали из M. fumariolicum процветает при температурах до 80 ° C, что почти на 30 ° C выше температурного оптимума их «настоящих» окисляющих аммиак родственников.
Было бы очень интересно исследовать, как такие похожие ферменты имеют такие разные температурные оптимумы и диапазоны."
Согласно Карталу, производство NO из аммиака имеет и другие последствия для микробов, поедающих метан: «В настоящее время нет известных метанотрофов, которые могут зарабатывать на жизнь окислением аммиака до нитрита через NO, но могут быть метанотрофы, которые нашли способ чтобы связать превращение аммиака с ростом клеток."