Metan Yiyen Bakteriler Güçlü Sera Gazını Kullanılabilir Yakıta Dönüştürüyor
En gelişmiş yöntem, süreci kontrol eden daha önce hiç görülmemiş atomik yapıları ortaya çıkarıyor…
Metanotrofik bakteriler, yılda 30 milyon metrik ton metan tüketir ve güçlü sera gazını kullanılabilir yakıta dönüştürme konusundaki doğal yetenekleri nedeniyle araştırmacıları büyülemiştir. Yine de karmaşık reaksiyonun nasıl oluştuğu hakkında çok az şey biliyoruz, bu da çifte faydayı kendi avantajımıza kullanma yeteneğimizi sınırlandırıyor.
Northwestern Üniversitesi’nden bir ekip, bakterilerin reaksiyonu katalize etmek için kullandığı enzimi inceleyerek, süreci yönlendirebilecek temel yapıları keşfetti.
Bulguları, Science dergisinde yayınlanacak ve nihayetinde metan gazını metanole dönüştüren insan yapımı biyolojik katalizörlerin geliştirilmesine yol açabilir.
Gazetenin kıdemli yazarı Northwestern’den Amy Rosenzweig, “Metan çok güçlü bir bağa sahip, bu yüzden bunu yapabilen bir enzimin olması oldukça dikkat çekici” dedi. “Enzimin bu zor kimyayı nasıl gerçekleştirdiğini tam olarak anlayamazsak, onu biyoteknolojik uygulamalar için tasarlayıp optimize edemeyiz.”
Rosenzweig, Northwestern’deki Weinberg Sanat ve Bilim Koleji’nde Weinberg Ailesi Seçkin Yaşam Bilimleri Profesörüdür ve burada hem moleküler biyobilimler hem de kimya alanlarında görev yapmaktadır.
Parçacıklı metan monooksijenaz (pMMO) adı verilen enzim, bakterilerin hücre zarına gömülü olduğu için incelenmesi özellikle zor bir proteindir.
Tipik olarak, araştırmacılar bu metanotrofik bakterileri incelerken, proteinlerin bir deterjan solüsyonu kullanarak hücre zarlarından koparıldığı sert bir süreç kullanırlar. Bu prosedür enzimi etkili bir şekilde izole ederken, aynı zamanda tüm enzim aktivitesini öldürür ve araştırmacıların toplayabileceği bilgi miktarını sınırlar.
Bu çalışmada ekip tamamen yeni bir teknik kullandı. Christopher Koo, ilk yazar ve Ph.D. Rosenzweig’in laboratuvarındaki aday, enzimi doğal ortamına benzeyen bir zara geri koyarak yeni bir şey öğrenebileceklerini öne sürdü. Koo, nanodisk adı verilen koruyucu bir parçacık içinde bir zar oluşturmak için bakterilerden elde edilen lipitleri kullandı ve ardından enzimi bu zara yerleştirdi.
“Enzimin nanodisk içindeki doğal ortamını yeniden yaratarak, enzimin aktivitesini geri yükleyebildik. Ardından, atomik düzeyde lipid çift tabakasının aktiviteyi nasıl geri yüklediğini belirlemek için yapısal teknikleri kullanabildik. Bunu yaparken, metan oksidasyonunun muhtemel olduğu enzimdeki bakır bölgesinin tam düzenini keşfettik.”
— Christopher Koo
Araştırmacılar, lipit membran ortamı deney boyunca bozulmadığı için membran proteinlerine çok uygun bir teknik olan kriyo-elektron mikroskobu (kriyo-EM) kullandılar. Bu, aktif enzimin atomik yapısını ilk kez yüksek çözünürlükte görselleştirmelerine izin verdi.
Rosenzweig, “Kriyo-EM’deki son ‘çözünürlük devriminin’ bir sonucu olarak, yapıyı atomik ayrıntılarda görebildik.” dedi. “Gördüklerimiz, bu enzimin aktif bölgesi hakkındaki düşüncelerimizi tamamen değiştirdi.”
Rosenzweig, kriyo-EM yapılarının yığılmaya devam eden soruları yanıtlamak için yeni bir başlangıç noktası sağladığını söyledi. Metan enzim aktif bölgesine nasıl gider? Veya metanol enzimin dışına mı çıkıyor? Aktif bölgedeki bakır kimyasal reaksiyonu nasıl yapar? Daha sonra ekip, kriyo-elektron tomografisi (kriyo-ET) adı verilen ön planda bir görüntüleme tekniği kullanarak enzimi doğrudan bakteri hücresi içinde incelemeyi planlıyor.
Başarılı olursa, araştırmacılar enzimin hücre zarında nasıl düzenlendiğini tam olarak görebilecek, gerçek doğal ortamında nasıl çalıştığını belirleyebilecek ve enzimin etrafındaki diğer proteinlerin onunla etkileşime girip girmediğini öğrenebilecekler. Bu keşifler, mühendislere önemli bir eksik bağlantı sağlayacaktır.
Rosenzweig, “Enzimin biyo-üretim yollarına bağlanmasını veya metan dışındaki kirleticileri tüketmesini optimize etmek istiyorsanız, doğal ortamında nasıl göründüğünü ve metanın nereye bağlandığını bilmemiz gerekir.” Dedi. “Dolandırıcılık alanlarından metan toplamak veya petrol sızıntılarını temizlemek için tasarlanmış bir enzime sahip bakterileri kullanabilirsiniz.”
Kaynak:
