Metanótrofo - Methanotroph
Los metanótrofos (a veces llamados metanófilos ) son procariotas que metabolizan el metano como fuente de carbono y desbloquean la energía del oxígeno, nitrato, sulfato u otras especies oxidadas. Son bacterias o arqueas , pueden crecer de forma aeróbica o anaeróbica y requieren compuestos de un solo carbono para sobrevivir.
Los metanótrofos son especialmente comunes en o cerca de ambientes donde se produce metano, aunque algunos metanótrofos pueden oxidar el metano atmosférico . Sus hábitats incluyen humedales, suelos, marismas, arrozales, vertederos, sistemas acuáticos (lagos, océanos, arroyos) y más. Son de especial interés para los investigadores que estudian el calentamiento global , ya que desempeñan un papel importante en el presupuesto global de metano, al reducir la cantidad de metano emitida a la atmósfera.
La metanotrofia es un caso especial de metilotrofia , que utiliza compuestos de un solo carbono que son más reducidos que el dióxido de carbono. Sin embargo, algunos metilótrofos también pueden utilizar compuestos de múltiples carbonos; esto los diferencia de los metanótrofos, que suelen ser oxidantes fastidiosos de metano y metanol. Los únicos metanótrofos facultativos aislados hasta la fecha son miembros del género Methylocella silvestris , Methylocapsa aurea y varias cepas de Methylocystis .
En términos funcionales, los metanótrofos se conocen como bacterias oxidantes de metano. Sin embargo, las bacterias oxidantes del metano abarcan otros organismos que no se consideran metanótrofos únicos. Por esta razón, las bacterias oxidantes de metano se han dividido en subgrupos: grupos de bacterias asimiladoras de metano (MAB), metanótrofos y bacterias autótrofas oxidantes de amoniaco (AAOB), que cooxidizan el metano.
Clasificación
Los metantrofos pueden ser bacterias o arqueas . La especie de metanótrofos que está presente está determinada principalmente por la disponibilidad de aceptores de electrones . Se conocen muchos tipos de bacterias oxidantes de metano (MOB). Las diferencias en el método de fijación de formaldehído y la estructura de la membrana dividen estos metanótrofos bacterianos en varios grupos. Hay varios subgrupos entre las arqueas metanotróficas.
Aerobio
En condiciones aeróbicas, los metanótrofos combinan oxígeno y metano para formar formaldehído , que luego se incorpora a compuestos orgánicos a través de la vía de la serina o la vía del monofosfato de ribulosa (RuMP), y dióxido de carbono, que se libera. Los metanótrofos de tipo I y de tipo X son parte de las gammaproteobacterias y utilizan la vía RuMP para asimilar el carbono. Los metanótrofos de tipo II son parte de las alfaproteobacterias y utilizan la vía de la serina de asimilación del carbono. También tienen característicamente un sistema de membranas internas dentro de las cuales se produce la oxidación del metano . Los metanótrofos en Gammaproteobacteria se conocen de la familia Methylococcaceae . Los metanótrofos de Alphaproteobacteria se encuentran en las familias Methylocystaceae y Beijerinckiaceae .
Los metanótrofos aeróbicos también se conocen de Methylacidiphilaceae (phylum Verrucomicrobia ). A diferencia de Gammaproteobacteria y Alphaproteobacteria , los metanótrofos del filo Verrucomicrobia son mixótrofos . En 2021, se descubrió un contenedor bacteriano del filo Gemmatimonadetes llamado Candidatus Methylotropicum kingii que mostraba metanotrofia aeróbica, lo que sugiere que la metanotrofia está presente en los cuatro filos bacterianos.
En algunos casos, la oxidación aeróbica del metano puede tener lugar en ambientes anóxicos. Candidatus Methylomirabilis oxyfera pertenece a la bacteria phylum NC10 y puede catalizar la reducción de nitritos a través de una vía "intra-aerobia", en la que el oxígeno producido internamente se utiliza para oxidar el metano. En los lagos de agua clara, los metanótrofos pueden vivir en la columna de agua anóxica, pero reciben oxígeno de los organismos fotosintéticos , que luego consumen directamente para oxidar el metano.
No se conocen arqueas metanotróficas aeróbicas .
Anaeróbico
En condiciones anóxicas, los metanótrofos utilizan diferentes aceptores de electrones para la oxidación del metano. Esto puede suceder en hábitats anóxicos como sedimentos marinos o lacustres , zonas de mínimo de oxígeno , columnas de agua anóxicas, arrozales y suelos. Algunos metanótrofos específicos pueden reducir los iones de nitrato, nitrito, hierro, sulfato o manganeso y acoplarlos a la oxidación del metano sin un socio sintrófico. Las investigaciones en ambientes marinos revelaron que el metano puede oxidarse anaeróbicamente por consorcios de arqueas oxidantes de metano y bacterias reductoras de sulfato . Este tipo de oxidación anaeróbica del metano (OMA) ocurre principalmente en sedimentos marinos anóxicos. El mecanismo exacto sigue siendo un tema de debate, pero la teoría más aceptada es que las arqueas utilizan la vía de metanogénesis inversa para producir dióxido de carbono y otro intermedio desconocido, que luego es utilizado por las bacterias reductoras de sulfato para obtener energía de la reducción. de sulfato a sulfuro de hidrógeno y agua.
Los metanótrofos anaeróbicos no están relacionados con los metanótrofos aeróbicos conocidos; los parientes cultivados más cercanos a los metanótrofos anaeróbicos son los metanógenos del orden Methanosarcinales .
Especies especiales
Methylococcus capsulatus se utiliza para producir piensos a partir de gas natural.
En 2010 se identificó una nueva bacteria Candidatus Methylomirabilis oxyfera del filo NC10 que puede acoplar la oxidación anaeróbica del metano a la reducción de nitritos sin la necesidad de un socio sintrófico . Basado en estudios de Ettwig et al., Se cree que M. oxyfera oxida el metano anaeróbicamente utilizando oxígeno producido internamente a partir de la dismutación del óxido nítrico en nitrógeno y oxígeno gaseoso.
Taxonomía
Muchas culturas metanotróficas se han aislado y caracterizado formalmente durante las últimas 5 décadas, comenzando con el estudio clásico de Whittenbury (Whittenbury et al., 1970). Actualmente, se conocen 18 géneros de Gammaproteobacteria metanotrófica aerobia cultivada y 5 géneros de Alphaproteobacteria , representados por aprox. 60 especies diferentes.
Oxidación de metano
Los metanótrofos oxidan el metano iniciando primero la reducción de un átomo de oxígeno a H 2 O 2 y la transformación del metano en CH 3 OH usando metano monooxigenasas (MMO) . Además, se han aislado dos tipos de MMO a partir de metanótrofos: metano monooxigenasa soluble (sMMO) y metano monooxigenasa particulada (pMMO) .
Las células que contienen pMMO han demostrado una mayor capacidad de crecimiento y una mayor afinidad por el metano que las células que contienen sMMO. Se sospecha que los iones de cobre pueden desempeñar un papel clave tanto en la regulación de pMMO como en la catálisis enzimática, limitando así las células pMMO a entornos más ricos en cobre que las células productoras de sMMO.
Ver también
Referencias
enlaces externos
- Oxidación anaeróbica del metano
- El insecto devorador de metano promete reducir los gases de efecto invernadero . Comunicado de prensa, GNS Science, Nueva Zelanda