海洋の炭化水素の浸出から,アーカイアによるエタンの無酸素酸化

科学分野:

• 微生物学と地化学
• アナーロビックアルカンの代謝
• アーカイアと微生物生態学

背景:

• 天然ガスの主要な成分であるエタンは化学的に安定しており,無毒条件下での生物学的消費は以前から推論されたが,理解されなかった.
• 海洋の炭化水素の浸透とエタンの依存性の硫酸還元に関する地質化学的なデータは,生物学的エタンの酸化を示唆したが,責任ある生物とメカニズムは,依然として難解であった.
• ホモロゲス系 (CnH2n+2) のアルカンを酸素なしで酸化できる微生物については,重要な知識のギャップが存在していた.

研究 の 目的:

• 無酸素状態でエタンの酸化を起こす微生物を特定する.
• 生物学的エタンの消費に関与する生化学的経路を解明する.
• 海洋環境におけるエタン酸化アーカイアの生態学的役割を調査する.

主な方法:

• エタンを酸化する微生物を隔離するために長期にわたる特定の濃縮培養.
• フィロゲニーに基づく光分析,プロテオゲノミクス,および特徴化のための代謝物質の研究.
• 主要なアルカイアおよび関連する硫酸縮小細菌を含む微生物共同培養の分析.

主要な成果:

• エタンの完全な酸化と硫酸の還元を組み合わせた新しいアーカイオン"Candidatus Argoarchaeum ethanivorans"の分離と特徴付け
• メチルコエンザイムM還元酵素の遺伝子の特定と,タンパク質抽出物におけるそのサブユニットの検出,最初のステップとしてエチルコエンザイムM (エチル-CoM) の形成を示す.
• プロテオゲノミクス分析は,中介性アセチル-コアをCO2に酸化するウッド・リュンダール経路を示唆した.

結論:

• この研究は,最初のアーカイオン,Caを特定しました. アルゴアーキウム・エサニボランス (Argoarchaeum ethanivorans) は,ブタン活性化に類似したエチル-CoM形成によるエタン酸化を開始する.
• この発見は酸素なしでアルカンの微生物の酸化を理解する上で重要なギャップを満たしています.
• 深海のガス漏れで発見された系統遺伝および機能的遺伝子マーカーは,これらの生態系にエチル-CoMを形成する古生物が広く存在することを示唆しています.