메탄을 생성하면서 질소 분해 메탄을 생산하면서 질소에서 자랄 수 있는 '뜨거운' 미생물에 대한 통찰력 

[아름이]

메탄을 생성하면서 질소 분해
메탄을 생산하면서 질소에서 자랄 수 있는 '뜨거운' 미생물에 대한 통찰력
날짜:
2022년 11월 22일
원천:
막스 플랑크 해양 미생물 연구소
요약:
과학자들은 메탄(CH4)과 암모니아(NH3)를 생산하면서 질소(N2)를 고정할 수 있는 미생물의 배양을 성공적으로 강화했으며 그 신진대사의 흥미로운 세부 사항을 조사했습니다.

과학자들은 메탄(CH4)과 암모니아(NH3)를 생산하면서 질소(N2)를 고정할 수 있는 미생물의 배양을 성공적으로 강화했으며 그 신진대사의 흥미로운 세부 사항을 조사했습니다.

탄소와 질소는 생명의 필수 요소입니다. Methanothermococcus thermolithotrophicus 와 같은 일부 유기체는 두 가지 모두의 순환을 위한 핵심 위치를 차지 합니다. 복잡한 이름 뒤에는 복잡한 미생물이 숨어 있습니다. M. thermolithotrophicus 는 해양 열성 메탄생성균입니다. 그것은 모래 해안과 염습지에서 심해에 이르기까지 해양 퇴적물에 서식하며, 바람직하게는 약 65 °C의 온도에서 서식합니다. 수소(H 2 )를 사용하여 질소(N 2 )와 이산화탄소(CO 2 )를 암모니아(NH 3 )와 메탄(CH 4 )으로 전환할 수 있습니다. 암모니아와 메탄 두 제품 모두 비료 및 바이오 연료 생산의 생명 공학 응용 분야에서 매우 흥미 롭습니다.

Max Planck Institute for Marine Microbiology의 Tristan Wagner와 Nevena Maslać는 이제 발효기에서 이 미생물을 성장시키는 데 성공했습니다. " 고온, 무산소, 수소 및 이산화탄소 수준을 주시하면서 N2를 고정하면서 이 미생물이 번성할 수 있는 완벽한 조건을 제공하는 것은 매우 복잡합니다."라고 그녀의 일부로 연구를 수행한 Maslać는 말합니다 . 박사 프로젝트. "그러나 약간의 독창성과 인내로 우리는 그것들이 우리 연구실에서 번성하고 지금까지 보고된 가장 높은 세포 밀도에 도달하도록 관리했습니다." 일단 배양이 시작되고 실행되면 과학자들은 미생물의 생리학을 자세히 조사할 수 있었고 나중에 미생물의 대사가 N 2 에 어떻게 적응하는지 살펴봄으로써 연구를 심화할 수 있었습니다.-정착. "우리 동료인 Chandni Sidhu 및 Hanno Teeling과의 긴밀한 협력을 통해 우리는 생리학적 테스트와 차동 전사체학을 결합하여 M. thermolithotrophicus 의 대사를 더 깊이 파고들 수 있었습니다 ."라고 Maslać는 설명합니다.

땅벌처럼 있을 법하지 않은

M. thermolithotrophicus 의 대사 능력 은 수수께끼입니다. 이 미생물은 초기 무산소 지구에서 시작된 대사인 메탄 생성을 사용하여 세포 에너지를 얻습니다. 포도당을 이산화탄소로 변환하기 위해 산소를 사용하는 인간과 비교할 때, 메탄 생성 물질은 메탄 생성에서 매우 제한된 양의 에너지만 얻습니다. 역설적이게도 질소를 고정하려면 막대한 양의 에너지가 필요하므로 이를 고갈시킬 수 있습니다. Max Planck Research Group Microbial Metabolism의 수석 저자인 Tristan Wagner는 "이론적으로는 너무 무거워 날 수 없는 호박벌과 비슷합니다."라고 말합니다. "이러한 에너지 제한에도 불구하고 이 매혹적인 미생물은 일부 환경에서 주요 질소 고정자로 밝혀졌습니다."

강력한 질소 분해 효소

유기체가 질소를 고정하는 데 사용하는 효소를 질소 분해 효소라고 합니다. 가장 일반적인 질소 분해 효소는 반응을 수행하기 위해 몰리브덴이 필요합니다. 몰리브덴 질소분해효소는 식물 뿌리에서 공생체로 사는 박테리아에서 잘 연구되었습니다. 그들의 질소 분해효소는 텅스텐산염에 의해 억제될 수 있습니다. 놀랍게도 브레멘 과학자들은 M. thermolithotrophicus 가 N 2 에서 성장하는 동안 텅스텐산염에 의해 방해받지 않는다는 것을 발견했습니다 . "우리의 미생물은 N2를 고정하기 위해 몰리브덴에만 의존하고 금속 획득 시스템의 적응을 의미하는 텅스텐산염에 의해 방해받지 않아 다양한 잠재적 응용 분야에서 훨씬 더 강력합니다."라고 Maslać는 말합니다 .

암모니아 생산 재고

질소 고정, 즉 N 2 에서 질소를 얻는 것은 생물학적 순환에 질소를 삽입하는 주요 과정입니다. 산업용 비료 생산의 경우 이 공정은 질소를 인위적으로 고정시켜 고온 고압에서 수소로 암모니아를 생성하는 Haber-Bosch 공정을 통해 수행됩니다. 그것은 세계 농업을 유지하는 데 필수적인 비료인 세계 암모니아의 대부분을 생산하는 데 사용됩니다. Haber-Bosch 공정은 극도로 에너지를 많이 사용합니다. 전 세계 에너지 생산량의 2%를 소비하고 동시에 전 세계 탄소 배출량의 최대 1.4%를 배출합니다. 따라서 사람들은 암모니아를 생산하기 위한 보다 지속 가능한 대안을 찾고 있습니다. " M. thermolithotrophicus 가 사용하는 공정Wagner는 "미생물 세계에는 암모니아를 보다 효율적으로 생산할 수 있는 솔루션이 여전히 있으며 메탄을 통한 바이오 연료 생산과 결합될 수도 있음을 보여줍니다. "이 연구를 통해 우리는 N 하에서 2- 고정 조건에서 메탄 생성 물질은 에너지 재할당의 특히 현명한 전략인 질소 포획을 선호하기 위해 단백질 생산을 희생합니다."라고 Wagner는 요약합니다. "우리의 다음 단계는 프로세스 및 관련된 효소의 분자 세부 사항으로 이동하는 것입니다. 뿐만 아니라 유기체의 신진대사의 다른 부분을 조사합니다."



출처 : https://www.sciencedaily.com/