Quebra-cabeça

Jul 28, 2023

Por Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, 5 de junho de 2023

Cientistas do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha descobriram que o Methanothermococcus thermolithotrophicus, um metanogênico anteriormente considerado incapaz de converter sulfato em sulfeto devido aos altos custos de energia do processo e subprodutos nocivos, pode de fato crescer em sulfato. Os pesquisadores descobriram cinco genes que codificam enzimas associadas à redução de sulfato no genoma do metanogênio e, ao caracterizar essas enzimas, eles montaram a primeira via de assimilação de sulfato de um metanogênio.

Como um micróbio metanogênico remonta uma via metabólica peça por peça para transformar o sulfato em um bloco de construção celular.

Pesquisadores descobriram que o metanogênico Methanothermococcus thermolithotrophicus pode converter sulfato em sulfeto, desafiando suposições anteriores. Ao identificar uma via única de assimilação de sulfato neste metanogênio, as descobertas abrem a possibilidade de uma produção de biogás mais segura e econômica por meio da engenharia genética.

O enxofre é um elemento fundamental da vida e todos os organismos precisam dele para sintetizar materiais celulares. Autotróficos, como plantas e algas, adquirem enxofre convertendo sulfato em sulfeto, que pode ser incorporado à biomassa. No entanto, esse processo requer muita energia e produz intermediários e subprodutos nocivos que precisam ser transformados imediatamente. Como resultado, acreditava-se anteriormente que micróbios conhecidos como metanogênicos, que geralmente têm pouca energia, seriam incapazes de converter sulfato em sulfeto. Portanto, assumiu-se que esses micróbios, que produzem metade do metano do mundo, dependem de outras formas de enxofre, como o sulfeto.

This dogma was broken in 1986 with the discovery of the methanogen Methanothermococcus thermolithotrophicus, growing on sulfate as the only sulfur source. How is this possible, considering the energetic costs and toxic intermediates? Why is it the only methanogen that seems to be capable of growing on this sulfur speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> espécies? Este organismo usa truques químicos ou uma estratégia ainda desconhecida para permitir a assimilação de sulfato? Marion Jespersen e Tristan Wagner, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, agora encontraram respostas para essas perguntas e as publicaram na revista Nature Microbiology.

A estudante de doutorado Marion Jespersen trabalha em um fermentador no qual M. thermolithotrophicus cresce exclusivamente com sulfato como fonte de enxofre. Crédito: Tristan Wagner / Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha

O primeiro desafio que os pesquisadores encontraram foi fazer com que o micróbio crescesse na nova fonte de enxofre. "Quando comecei meu doutorado, realmente tive que convencer M. thermolithotrophicus a comer sulfato em vez de sulfeto", diz Marion Jespersen. "Mas depois de otimizar o meio, o Methanothermococcus tornou-se um profissional em crescer em sulfato, com densidades celulares comparáveis ​​às do crescimento em sulfeto."

"As coisas ficaram realmente emocionantes quando medimos o desaparecimento do sulfato à medida que o organismo crescia. Foi quando pudemos realmente provar que o metanogênio converte esse substrato." Isso permitiu que os pesquisadores cultivassem M. thermolithotrophicus com segurança em biorreatores em larga escala, já que não dependiam mais do gás sulfídrico tóxico e explosivo para crescer. "Ele nos forneceu biomassa suficiente para estudar esse organismo fascinante", explica Jespersen. Agora os pesquisadores estavam prontos para aprofundar os detalhes dos processos subjacentes.