Con una participación de hasta el diez por ciento, el etano es el segundo componente más común del gas natural y está presente en depósitos de gas marino y terrestres de gran profundidad en todo el mundo. Hasta ahora, no estaba claro cómo se degrada el etano enla ausencia de oxígeno. Un equipo de investigadores del Centro Helmholtz de Investigación Ambiental UFZ ha resuelto este misterio, después de más de quince años de trabajo de investigación en cooperación con colegas del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen.Los científicos descubrieron un arqueo que oxida el etano, que se obtuvo de muestras de sedimentos del Golfo de México. El organismo unicelular se llama Candidatus Argoarchaeum ethanivorans, que literalmente significa "comedor de etano de crecimiento lento". En un artículo publicado ahora en la revista Naturaleza , los investigadores describen la vía metabólica de la degradación del etano.
Los investigadores tuvieron que demostrar mucha paciencia para resolver el misterio de la degradación anaeróbica de los hidrocarburos saturados. En 2002, el microbiólogo UFZ Dr. Florin Musat, que en ese momento estaba realizando investigaciones en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina con sede en Bremen, recibió una muestra de sedimento procedente del Golfo de México. La muestra se había recogido de filtraciones de gas natural a una profundidad de agua de más de 500 metros. Se necesitaron más de diez años de esfuerzo de cultivo para obtener cantidades suficientes del cultivo que contiene el arqueón.- como base para experimentos detallados para decodificar la estructura y el metabolismo de la comunidad microbiana. Durante sus mediciones regulares, Florin Musat reconoció que la oxidación del etano se unía a la reducción de sulfato a sulfuro de hidrógeno ". Durante mucho tiempo, pensamos queLa degradación anaerobia del etano fue llevada a cabo por bacterias de manera similar a la degradación del butano o propano, pero no pudimos identificarIndique los productos metabólicos típicos de un mecanismo bacteriano de oxidación ", dice Musat.
Para descubrir los secretos de la oxidación del etano, Musat, que ha estado trabajando en la UFZ desde 2014, aprovechó las posibilidades que ofrece la plataforma tecnológica ProVIS. El Centro de Microscopía Química ProVIS combina una gran cantidad de dispositivos grandes,permitiendo análisis químicos eficientes, rápidos y sensibles de muestras biológicas, estructuras y superficies a escala nanométrica. Por ejemplo, el equipo de Musat usó microscopía de fluorescencia para mostrar que Candidatus Argoarchaeum ethanivorans constituye la parte dominante del cultivo en alrededor del 65 por ciento del número total de células, mientras que dos Deltaproteobacterias reductoras de sulfato representan alrededor del 30 por ciento. Los metabolitos y las proteínas se caracterizaron por técnicas de espectrometría de masas de alta resolución y la composición química y la organización espacial de microorganismos individuales se determinaron por microscopía de iones de helio y NanoSIMS.métodos, los investigadores demostraron que el arqueón es responsable de la oxidación deetano a dióxido de carbono y las bacterias que lo acompañan para reducir el sulfato a sulfuro.
Además, observaron que Candidatus Argoarchaeum ethanivorans no forma agregados con las bacterias asociadas durante la oxidación del etano, en contraste con los cultivos que degradan el metano, el propano o el butano ". El arqueón y los dos tipos de bacterias crecen principalmente como células libres. Intercelularfaltan conexiones por nanocables que mediarían la transferencia de electrones, como se muestra con otros cultivos ", dice Musat. Por esta razón, queda una pregunta emocionante: ¿cómo interactúan Argoarchaeum y las bacterias? Los análisis de metagenoma revelaron queel arqueón no posee genes conocidos para la reducción de sulfato. Esto significa que los electrones de la oxidación de etano tienen que transferirse a las bacterias reductoras de sulfato. Las investigaciones realizadas por NanoSIMS sugirieron que esta transferencia podría ocurrir potencialmente a través de compuestos de azufre ". Las arqueas obtienen energíade la oxidación del etano en una sintrofia obviamente compleja comunidad de alimentadores cruzados con su sulfato-reducar a los socios ", dice Musat.
En su búsqueda del mecanismo de transferencia de electrones, el equipo de Musat investigó el cultivo utilizando un microscopio de iones de helio. Este análisis condujo a un hallazgo inesperado: Candidatus Argoarchaeum forma pequeñas vesículas celulares, que permanecen unidas en pequeños grupos inusuales, lo que indica quelas arqueas se dividen por gemación.
Finalmente, en el genoma de Candidatus Argoarchaeum ethanivorans, los científicos identificaron todos los genes necesarios para una enzima similar a la metilcoenzima M reductasa funcional, que cataliza el primer paso en la degradación anaeróbica del etano. Mediante espectrometría de masas de resolución ultraalta,también pudieron encontrar el producto de esta enzima, la etilcoenzima M. Otros análisis del genoma y el proteoma identificaron los genes y las enzimas para las siguientes reacciones, descifrando así la ruta metabólica completa.
Hasta la fecha, la investigación sobre la oxidación anaeróbica del etano ha sido fundamentalmente fundamental. Pero dando un paso más, los hallazgos de los investigadores también podrían ser útiles para aplicaciones industriales ". Ahora conocemos los mecanismos subyacentes a la degradación de la cadena cortahidrocarburos por 'alquil'-CoM reductasas, y suponemos que las reacciones inversas pueden ser factibles. Si se demuestra, esto significa biotecnologías para producir hidrocarburos utilizando estos o microorganismos similares ", dice Musat. Esto podría marcar el comienzo de nuevas aplicaciones biotecnológicas para producircombustibles sintéticos, como el butano rico en energía, por ejemplo. El butano contiene más energía por litro y puede licuarse mucho más fácilmente que el metano, un concepto que Florin Musat y su equipo estarán atentos para futuras investigaciones.
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Materiales proporcionado por Centro Helmholtz de Investigación Ambiental - UFZ . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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